JP5243414B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。より詳しくは、液晶表示装置等の表示装置に好適な半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device suitable for a display device such as a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.
半導体装置は、半導体の電気特性を利用した能動素子を備えた電子装置であり、例えば、オーディオ機器、通信機器、コンピュータ、家電機器等に広く応用されている。なかでも、薄膜トランジスタ(Thin Film Trasistor;TFT)を備える半導体装置は、アクティブマトリクス型液晶表示装置における画素スイッチング素子、ドライバ回路等に幅広く応用されている。 A semiconductor device is an electronic device that includes an active element that utilizes electrical characteristics of a semiconductor, and is widely applied to, for example, audio equipment, communication equipment, computers, and home appliances. In particular, a semiconductor device including a thin film transistor (TFT) is widely applied to a pixel switching element, a driver circuit, and the like in an active matrix liquid crystal display device.
近年、モバイル用途の表示装置(ディスプレイ)においては、低消費電力化、高機能化、高速動作化、高信頼性、高精細化、小型化等の要求が増しており、このような要求を満たすディスプレイの開発が盛んに行われている。このような課題に対しては、表示装置の各種回路を構成するTFTの性能向上と、各種回路に最適な特性を有するTFTを作り分ける技術とが重要となる。そこで、同一基板上に異なる特性を有するTFTを形成する技術が開発されている。 In recent years, display devices for mobile applications (displays) have been increasingly demanded for low power consumption, high functionality, high speed operation, high reliability, high definition, miniaturization, and the like. The development of displays is actively underway. For such problems, it is important to improve the performance of TFTs constituting various circuits of a display device and to make a technique for separately producing TFTs having optimum characteristics for various circuits. Therefore, a technique for forming TFTs having different characteristics on the same substrate has been developed.
従来、低電圧(例えば、5V以下)で駆動されるTFT(以下、「低電圧トランジスタ」ともいう。)と、高電圧(例えば、10V以上)で駆動されるTFT(以下、「高電圧トランジスタ」ともいう。)とを作り分けるために、両TFTのゲート絶縁膜の膜厚を変える方法が開発されている。より具体的には、低電圧トランジスタにおいてはゲート絶縁膜を第一ゲート絶縁膜からなる単層構造とし、一方、高電圧トランジスタにおいてはゲート絶縁膜を第一ゲート絶縁膜及び第二ゲート絶縁膜からなる積層構造とする技術が開発されている。しかしながら、この場合、第一ゲート絶縁膜のエッチング時に、ゲート絶縁膜下にある半導体層の端部が露出し、半導体層下にある下地絶縁膜がエッチングされ(下地絶縁膜にザグリが入り)、その後形成される第二ゲート絶縁膜の被覆性が悪くなり、ゲート絶縁膜の破壊耐圧が低下することがあった。 Conventionally, a TFT driven with a low voltage (for example, 5 V or less) (hereinafter also referred to as “low voltage transistor”) and a TFT driven with a high voltage (for example, 10 V or more) (hereinafter referred to as “high voltage transistor”). In other words, a method of changing the thickness of the gate insulating film of both TFTs has been developed. More specifically, in the low voltage transistor, the gate insulating film has a single layer structure made of the first gate insulating film, while in the high voltage transistor, the gate insulating film is made up of the first gate insulating film and the second gate insulating film. A technique for forming a laminated structure has been developed. However, in this case, when the first gate insulating film is etched, the end portion of the semiconductor layer under the gate insulating film is exposed, the base insulating film under the semiconductor layer is etched (a counterbore enters the base insulating film), The coverage of the second gate insulating film formed thereafter deteriorates, and the breakdown voltage of the gate insulating film may decrease.
それに対して、半導体層下の下地絶縁膜にザグリが入ることを防止する技術として、下地絶縁膜上に第1の半導体層及び第2の半導体層を形成し、上記第1の半導体層及び上記第2の半導体層の上に絶縁膜を形成し、上記第1の半導体層のチャネル形成領域上に位置する上記絶縁膜を、上記第1の半導体層をエッチングストッパーとしてエッチング除去する半導体装置の作製方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 On the other hand, as a technique for preventing counterboring from entering the base insulating film under the semiconductor layer, a first semiconductor layer and a second semiconductor layer are formed on the base insulating film, and the first semiconductor layer Fabrication of a semiconductor device in which an insulating film is formed on the second semiconductor layer, and the insulating film located on the channel formation region of the first semiconductor layer is etched away using the first semiconductor layer as an etching stopper A method is disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
ここで、特許文献1に記載の半導体装置の構成についてより詳細に説明する。図11は、特許文献1に係る従来の半導体装置の構成を示す断面模式図であり、(a)は、低電圧トランジスタを示し、(b)は、高電圧トランジスタを示す。従来の半導体装置は、図11に示すように、同一基板111上に、TFT110aと、TFT110bとを有する。TFT110aは、低電圧トランジスタとして機能し、TFT110bは、高電圧トランジスタとして機能する。
Here, the configuration of the semiconductor device described in
TFT110aは、基板111側から島状の半導体層120a、第一絶縁膜112、第二絶縁膜113及びゲート電極114aがこの順に形成された構造を有するとともに、これらを覆う層間絶縁膜115と、層間絶縁膜115上に形成された配線116a及び配線117aとを有する。半導体層120aは、チャネル領域121a及びソース・ドレイン領域123aを有する。
The TFT 110a has a structure in which an island-
一方、TFT110bは、TFT110aと同様に、基板111側から島状の半導体層120b、第一絶縁膜112、第二絶縁膜113及びゲート電極114bがこの順に形成された構造を有するとともに、これらを覆う層間絶縁膜115と、層間絶縁膜115上に形成された配線116b、117bとを有する。半導体層120bは、チャネル領域121b及びソース・ドレイン領域123bを有する。このように、TFT110bにおいて、ゲート絶縁膜は、第一絶縁膜112及び第二絶縁膜113から構成される。
On the other hand, the TFT 110b has a structure in which the island-
また、基板111と半導体層120a及び半導体層120bとの層間に形成された下地絶縁膜(図示せず)にザグリが入るのを防止するために、第一絶縁膜112は、半導体層120a及び半導体層120bの端部を覆うように形成される。更に、第一絶縁膜112は、TFT110aのチャネル領域121a上に位置する領域のみエッチングにより除去されている。すなわち、TFT110aにおいて、ゲート絶縁膜は、チャネル領域121a上を除いて第一絶縁膜112及び第二絶縁膜113から構成される。
しかしながら、特許文献1においては、低電圧トランジスタ(TFT110a)及び高電圧トランジスタ(TFT110b)のソース・ドレイン領域123a及びソース・ドレイン領域123bのドーピングを同時に行えるように、ソース・ドレイン領域123a及びソース・ドレイン領域123b上方の絶縁膜は、2層化されている。この場合、TFT110aのチャネル領域121a上の絶縁膜は単層となり、TFT110aのソース・ドレイン領域123a上の絶縁膜は2層となる。したがって、図12に示すように、第一絶縁膜112をエッチングするためのレジスト形成時にアライメントずれが発生した場合、ゲート電極114aの端部領域において、チャネル領域121a上のゲート絶縁膜が2層になったり、ゲート電極114aの端部の外側において、ソース・ドレイン領域123a上のゲート絶縁膜が単層になったりすることがあった。このようなチャネル領域121a上におけるゲート絶縁膜の不均一な2層化は、TFT110aのしきい値電圧のばらつきを生じる。また、このようなソース・ドレイン領域123a上におけるゲート絶縁膜の膜厚の不均一化は、ソース・ドレイン領域123aの抵抗値に異常を発生させる。特に、図12のように、配線116aとのコンタクトを形成するためのコンタクト部を有するソース・ドレイン領域123a上においてゲート絶縁膜が2層になっている場合は、配線116aとソース・ドレイン領域123aとのコンタクト抵抗を低抵抗化するために、コンタクト部における不純物のドーピング量を最適化する必要がある。そのため、ゲート電極114aの端部の外側に位置するゲート絶縁膜の単層領域においては、ドーピング量が過剰となり、半導体層120aを構成するシリコン結晶がアモルファス化してしまい、この領域において抵抗値異常等の特性異常が発生することがある。
However, in
なお、ゲート電極114aの端部の外側におけるソース・ドレイン領域123aの抵抗値異常を発生させないためには、ゲート電極114aの端部の内側に位置するゲート絶縁膜を2層化する方法も考えられる。しかしながら、この場合には、低電圧トランジスタにおいて、しきい値電圧の上昇と、ドレイン電流の低下とが発生すると考えられる。すなわち、一般に低電圧トランジスタほどチャネル長を細くする必要があるが、低電圧トランジスタのチャネル長を例えば2μmとすると、ゲート電極114aの端部の内側に位置するゲート絶縁膜の2層領域の長さは、アライメントずれを考慮して少なくとも片側0.5μm程度確保する必要がある。そのため、ゲート絶縁膜が単層からなるチャネル領域の長さは、1μmとなってしまう。その結果、低電圧トランジスタにおいて、しきい値電圧の上昇、ドレイン電流の低下等の特性低下を生じると考えられる。
In order to prevent the resistance value abnormality of the source /
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、同一基板上に異なる特性の薄膜トランジスタが形成されるとともに、高性能かつ高信頼性を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a semiconductor device having high performance and high reliability, and a manufacturing method thereof, in which thin film transistors having different characteristics are formed on the same substrate. To do.
本発明者らは、同一基板上に異なる特性の薄膜トランジスタが形成されるとともに、高性能かつ高信頼性を有する半導体装置及びその製造方法について種々検討したところ、異なる特性のTFTの間でゲート絶縁膜の膜厚を変える方法に着目した。そして、半導体装置が基板の一方の主面側に、半導体層、絶縁膜及び配線が基板側からこの順に積層された構造を有し、半導体層は、第一半導体層及び第二半導体層を有し、第一半導体層は、第一チャネル領域と、配線に接触する第一コンタクト部を含む第一ソース・ドレイン領域とを有し、第二半導体層は、第二チャネル領域と、配線に接触する第二コンタクト部を含む第二ソース・ドレイン領域とを有し、絶縁膜は、基板側からこの順に積層された第一絶縁膜及び第二絶縁膜を有し、第一絶縁膜は、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に形成され、第二絶縁膜は、第一チャネル領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域に対向する領域との上に形成されるとともに、第一コンタクト部を除く第一ソース・ドレイン領域と、第二コンタクト部を除く第二ソース・ドレイン領域とに対向して形成されることにより、特性異常、特性低下等に起因する不良の発生を抑制しつつ、低電圧トランジスタ、高電圧トランジスタ等の異なる特性を発揮するトランジスタを同一基板上に形成することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The inventors of the present invention have formed thin film transistors having different characteristics on the same substrate, and variously studied a semiconductor device having high performance and high reliability and a method for manufacturing the same. We focused on the method of changing the film thickness. The semiconductor device has a structure in which a semiconductor layer, an insulating film, and a wiring are stacked in this order from the substrate side on one main surface side of the substrate, and the semiconductor layer has a first semiconductor layer and a second semiconductor layer. The first semiconductor layer has a first channel region and a first source / drain region including a first contact portion that contacts the wiring, and the second semiconductor layer contacts the second channel region and the wiring. A second source / drain region including a second contact portion, and the insulating film includes a first insulating film and a second insulating film stacked in this order from the substrate side. The second insulating film is formed on a region including the two-channel region and excluding the first channel region, the first contact portion, and the second contact portion. The second insulating film includes a first channel region and a second channel region of the first insulating film. And is formed on the area opposite to the first By facing the first source / drain region excluding the contact portion and the second source / drain region excluding the second contact portion, the occurrence of defects due to characteristic abnormalities, characteristic deterioration, etc. is suppressed. However, the inventors have found that transistors exhibiting different characteristics such as a low-voltage transistor and a high-voltage transistor can be formed on the same substrate, and have conceived that the above problems can be solved brilliantly and have reached the present invention. It is.
すなわち、本発明は、基板の一方の主面側に、半導体層、絶縁膜及び配線が基板側からこの順に積層された構造を有する半導体装置であって、上記半導体層は、第一半導体層及び第二半導体層を有し、上記第一半導体層は、第一チャネル領域と、配線に接触する第一コンタクト部を含む第一ソース・ドレイン領域とを有し、上記第二半導体層は、第二チャネル領域と、配線に接触する第二コンタクト部を含む第二ソース・ドレイン領域とを有し、上記絶縁膜は、基板側からこの順に積層された第一絶縁膜及び第二絶縁膜を有し、上記第一絶縁膜は、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に形成され、上記第二絶縁膜は、第一チャネル領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域に対向する領域との上に形成されるとともに、第一コンタクト部を除く第一ソース・ドレイン領域と、第二コンタクト部を除く第二ソース・ドレイン領域とに対向して形成される半導体装置である。これにより、同一基板上に異なる特性の薄膜トランジスタが形成されるとともに、高性能かつ高信頼性を有する半導体装置を実現することができる。 That is, the present invention is a semiconductor device having a structure in which a semiconductor layer, an insulating film, and a wiring are stacked in this order from the substrate side on one main surface side of the substrate, and the semiconductor layer includes the first semiconductor layer and A first semiconductor layer having a first channel region and a first source / drain region including a first contact portion in contact with the wiring; A two-channel region and a second source / drain region including a second contact portion in contact with the wiring, and the insulating film includes a first insulating film and a second insulating film stacked in this order from the substrate side. The first insulating film includes a second channel region and is formed on a region excluding the first channel region, the first contact portion, and the second contact portion, and the second insulating film includes the first channel region. And in the second channel region of the first insulating film And a first source / drain region excluding the first contact portion and a second source / drain region excluding the second contact portion. . Accordingly, thin film transistors having different characteristics can be formed over the same substrate, and a semiconductor device having high performance and high reliability can be realized.
本発明の半導体装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。なお、本発明の半導体装置は、基板の一方の主面側に、半導体層、絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜及び配線が基板側からこの順に積層された構造を有してもよい。
本発明の半導体装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各形態は、適宜組み合わされてもよい。The configuration of the semiconductor device of the present invention is not particularly limited as long as such a component is formed as an essential component, and may or may not include other components. . Note that the semiconductor device of the present invention may have a structure in which a semiconductor layer, an insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, and a wiring are stacked in this order from the substrate side on one main surface side of the substrate.
A preferred embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described in detail below. In addition, each form shown below may be combined suitably.
低電圧トランジスタに好適なLDD(Lightly Doped Drain)構造を有するTFTと、高電圧トランジスタに好適なLDD構造を有するTFTとを用いて、高性能かつ高信頼性を有する半導体装置を実現する観点からは、上記第一半導体層は、第一ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が低い第一低濃度不純物領域を更に有し、上記第二半導体層は、第二ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が低い第二低濃度不純物領域を更に有し、上記第一絶縁層は、第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一低濃度不純物領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に形成され、上記第二絶縁膜は、第一チャネル領域及び第一低濃度不純物領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域に対向する領域との上に形成されるとともに、第一コンタクト部を除く第一ソース・ドレイン領域と、第二コンタクト部を除く第二ソース・ドレイン領域とに対向して形成され、上記第一低濃度不純物領域は、第二低濃度不純物領域よりもシート抵抗が小さいことが好ましい。 From the viewpoint of realizing a semiconductor device having high performance and high reliability by using a TFT having an LDD (Lightly Doped Drain) structure suitable for a low voltage transistor and a TFT having an LDD structure suitable for a high voltage transistor. The first semiconductor layer further has a first low-concentration impurity region having a lower impurity concentration than the first source / drain region, and the second semiconductor layer has an impurity concentration higher than that of the second source / drain region. The first insulating layer includes a second channel region and a second low concentration impurity region, and the first channel region, the first low concentration impurity region, and the first contact. The second insulating film is formed on a region excluding the first contact portion and the second contact portion, and the second insulating film includes a first channel region and a first low-concentration impurity region, A first source / drain region excluding the first contact portion and a second source / drain region excluding the second contact portion. It is preferable that the first low-concentration impurity regions are formed to face each other and have a sheet resistance smaller than that of the second low-concentration impurity regions.
上記第一低濃度不純物領域のシート抵抗としては、好適には20〜50kΩ/□程度であり、上記第二低濃度不純物領域のシート抵抗としては、好適には40〜150kΩ/□程度である。また、上記第一低濃度不純物領域は、第二低濃度不純物領域よりも不純物の濃度が大きいことが好ましい。更に、上記第一低濃度不純物領域は、第一ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が小さいことが好ましく、上記第二低濃度不純物領域は、第二ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が小さいことが好ましい。 The sheet resistance of the first low concentration impurity region is preferably about 20 to 50 kΩ / □, and the sheet resistance of the second low concentration impurity region is preferably about 40 to 150 kΩ / □. The first low-concentration impurity region preferably has a higher impurity concentration than the second low-concentration impurity region. Further, the first low-concentration impurity region preferably has a lower impurity concentration than the first source / drain region, and the second low-concentration impurity region has a lower impurity concentration than the second source / drain region. It is preferable.
第一絶縁膜及び第二絶縁膜の破壊耐圧を向上する観点からは、上記半導体装置は、第一チャネル領域に対向して第二絶縁膜上に形成された第一ゲート電極と、第二チャネル領域に対向して第二絶縁膜上に形成された第二ゲート電極とを更に備え、上記第一絶縁膜は、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域と、第一半導体層の端部の第一ゲート電極に対向する領域と、第二半導体層の端部の第二ゲート電極に対向する領域との上に形成されることが好ましい。 From the viewpoint of improving the breakdown voltage of the first insulating film and the second insulating film, the semiconductor device includes a first gate electrode formed on the second insulating film facing the first channel region, and a second channel. And a second gate electrode formed on the second insulating film so as to face the region, wherein the first insulating film includes a second channel region, and the first channel region, the first contact portion, and the second Formed on the region excluding the contact portion, the region facing the first gate electrode at the end of the first semiconductor layer, and the region facing the second gate electrode at the end of the second semiconductor layer. preferable.
なお、本発明の半導体装置において、第一絶縁膜及び第二絶縁膜の明示されていない領域については、形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。 Note that, in the semiconductor device of the present invention, regions where the first insulating film and the second insulating film are not clearly defined may be formed or may not be formed.
すなわち、上記第一絶縁膜は、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に少なくとも形成され、上記第二絶縁膜は、第一チャネル領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域に対向する領域との上に少なくとも形成されるとともに、第一コンタクト部を除く第一ソース・ドレイン領域と、第二コンタクト部を除く第二ソース・ドレイン領域とに対向して少なくとも形成されてもよい。 That is, the first insulating film includes a second channel region and is formed at least on a region excluding the first channel region, the first contact portion, and the second contact portion, and the second insulating film A first source / drain region excluding the first contact portion and a second source / excluding the second contact portion, and at least formed on the region and the region facing the second channel region of the first insulating film. It may be formed at least facing the drain region.
また、上記第一絶縁層は、第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一低濃度不純物領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に少なくとも形成され、上記第二絶縁膜は、第一チャネル領域及び第一低濃度不純物領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域に対向する領域との上に少なくとも形成されるとともに、第一コンタクト部を除く第一ソース・ドレイン領域と、第二コンタクト部を除く第二ソース・ドレイン領域とに対向して少なくとも形成されてもよい。 The first insulating layer includes a second channel region and a second low concentration impurity region, and is on a region excluding the first channel region, the first low concentration impurity region, the first contact portion, and the second contact portion. At least formed, and the second insulating film is formed at least on the first channel region and the first low-concentration impurity region and the region facing the second channel region and the second low-concentration impurity region of the first insulating film. In addition, the first source / drain region excluding the first contact portion and the second source / drain region excluding the second contact portion may be formed opposite to each other.
更に、上記第一絶縁膜は、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域と、第一半導体層の端部の第一ゲート電極に対向する領域と、第二半導体層の端部の第二ゲート電極に対向する領域との上に少なくとも形成されてもよい。 Further, the first insulating film includes a second channel region and faces the first channel region, the region excluding the first contact portion and the second contact portion, and the first gate electrode at the end of the first semiconductor layer. And at least the region facing the second gate electrode at the end of the second semiconductor layer.
本発明はまた、基板の一方の主面側に、半導体層、絶縁膜及び配線が基板側からこの順に積層された構造を有する半導体装置の製造方法であって、上記半導体層は、第一半導体層及び第二半導体層を有し、上記第一半導体層は、第一チャネル領域と、配線に接触する第一コンタクト部を含む第一ソース・ドレイン領域とを有し、上記第二半導体層は、第二チャネル領域と、配線に接触する第二コンタクト部を含む第二ソース・ドレイン領域とを有し、上記絶縁膜は、基板側からこの順に積層された第一絶縁膜及び第二絶縁膜を有し、上記製造方法は、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に第一絶縁膜を形成する工程と、第一チャネル領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域に対向する領域との上に第二絶縁膜を形成するとともに、第一ソース・ドレイン領域及び第二ソース・ドレイン領域に対向して第二絶縁膜を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法でもある。これにより、同一基板上に異なる特性の薄膜トランジスタが形成されるとともに、高性能かつ高信頼性を有する半導体装置を作製することができる。 The present invention is also a method for manufacturing a semiconductor device having a structure in which a semiconductor layer, an insulating film, and a wiring are stacked in this order from the substrate side on one main surface side of the substrate, wherein the semiconductor layer includes the first semiconductor The first semiconductor layer has a first channel region and a first source / drain region including a first contact portion that contacts the wiring, and the second semiconductor layer includes: And a second channel region and a second source / drain region including a second contact portion in contact with the wiring, and the insulating film is a first insulating film and a second insulating film stacked in this order from the substrate side The manufacturing method includes forming a first insulating film on a region including the second channel region and excluding the first channel region, the first contact portion, and the second contact portion, and the first channel region And the second channel region of the first insulating film A method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a second insulating film on an opposing region and forming a second insulating film opposite to the first source / drain region and the second source / drain region. is there. Accordingly, thin film transistors having different characteristics can be formed over the same substrate, and a semiconductor device having high performance and high reliability can be manufactured.
本発明の半導体装置の製造方法は、上記工程を有するものである限り、その他の工程により特に限定されるものではない。なお、本発明の半導体装置の製造方法は、基板の一方の主面側に、半導体層、絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜及び配線が基板側からこの順に積層された構造を有する半導体装置の製造方法であってもよい。
本発明の半導体装置の製造方法における好ましい形態について以下に詳しく説明する。なお、以下に示す各形態は、適宜組み合わされてもよい。The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is not particularly limited by other steps as long as it has the above steps. In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a semiconductor device having a structure in which a semiconductor layer, an insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, and a wiring are stacked in this order from the substrate side on one main surface side of the substrate. It may be a manufacturing method.
A preferred embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail below. In addition, each form shown below may be combined suitably.
低電圧トランジスタに好適なLDD構造を有するTFTと、高電圧トランジスタに好適なLDD構造を有するTFTとを用いて、高性能かつ高信頼性を有する半導体装置を作製する観点からは、上記第一半導体層は、第一ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が低い第一低濃度不純物領域を更に有し、上記第二半導体層は、第二ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が低い第二低濃度不純物領域を更に有し、上記半導体装置の製造方法は、第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一低濃度不純物領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に第一絶縁膜を形成する工程と、第一チャネル領域及び第一低濃度不純物領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域に対向する領域との上に第二絶縁膜を形成するとともに、第一ソース・ドレイン領域及び第二ソース・ドレイン領域に対向して第二絶縁膜を形成する工程と、第二絶縁膜の第一チャネル領域に対向する領域上に第一ゲート電極を形成するとともに、第二絶縁膜の第二チャネル領域に対向する領域上に第二ゲート電極を形成する工程と、第一ゲート電極及び第二ゲート電極をマスクとし、第一半導体層及び第二半導体層に不純物をドーピングする工程とを含むことが好ましい。 From the viewpoint of manufacturing a semiconductor device having high performance and high reliability using a TFT having an LDD structure suitable for a low voltage transistor and a TFT having an LDD structure suitable for a high voltage transistor, the first semiconductor The layer further includes a first low-concentration impurity region having a lower impurity concentration than the first source / drain region, and the second semiconductor layer has a second low-concentration impurity lower than the second source / drain region. The semiconductor device manufacturing method further includes a second channel region and a second low concentration impurity region, and includes a first channel region, a first low concentration impurity region, a first contact portion, and a second contact region. Forming a first insulating film on a region excluding the contact portion; a first channel region and a first low concentration impurity region; a second channel region and a second low concentration impurity region of the first insulating film; Forming a second insulating film on the region facing the first source / drain region and forming the second insulating film facing the first source / drain region and the second source / drain region; Forming a first gate electrode on a region facing the one channel region and forming a second gate electrode on a region facing the second channel region of the second insulating film; It is preferable to include a step of doping the first semiconductor layer and the second semiconductor layer with impurities using the gate electrode as a mask.
上記第一低濃度不純物領域のシート抵抗としては、好適には20〜50kΩ/□程度であり、上記第二低濃度不純物領域のシート抵抗としては、好適には40〜150kΩ/□程度である。また、上記第一低濃度不純物領域は、第二低濃度不純物領域よりも不純物の濃度が大きいことが好ましい。更に、上記第一低濃度不純物領域は、第一ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が小さいことが好ましく、上記第二低濃度不純物領域は、第二ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が小さいことが好ましい。 The sheet resistance of the first low concentration impurity region is preferably about 20 to 50 kΩ / □, and the sheet resistance of the second low concentration impurity region is preferably about 40 to 150 kΩ / □. The first low-concentration impurity region preferably has a higher impurity concentration than the second low-concentration impurity region. Further, the first low-concentration impurity region preferably has a lower impurity concentration than the first source / drain region, and the second low-concentration impurity region has a lower impurity concentration than the second source / drain region. It is preferable.
第一絶縁膜及び第二絶縁膜の破壊耐圧を向上する観点からは、上記半導体装置は、第一チャネル領域に対向して第二絶縁膜上に形成された第一ゲート電極と、第二チャネル領域に対向して第二絶縁膜上に形成された第二ゲート電極とを更に備え、上記半導体装置の製造方法は、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域と、第一半導体層の端部の第一ゲート電極に対向する領域と、第二半導体層の端部の第二ゲート電極に対向する領域との上に第一絶縁膜を形成する工程を含むことが好ましい。 From the viewpoint of improving the breakdown voltage of the first insulating film and the second insulating film, the semiconductor device includes a first gate electrode formed on the second insulating film facing the first channel region, and a second channel. And a second gate electrode formed on the second insulating film so as to face the region. The method for manufacturing a semiconductor device includes a second channel region, and includes a first channel region, a first contact portion, and a first contact portion. The first insulating film on the region excluding the two contact portions, the region facing the first gate electrode at the end of the first semiconductor layer, and the region facing the second gate electrode at the end of the second semiconductor layer It is preferable to include the process of forming.
なお、本発明の半導体装置の製造方法において、第一絶縁膜及び第二絶縁膜の明示されていない領域については、形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the regions where the first insulating film and the second insulating film are not clearly specified may be formed or may not be formed.
すなわち、上記半導体装置の製造方法は、少なくとも、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に第一絶縁膜を形成する工程と、少なくとも、第一チャネル領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域に対向する領域との上に第二絶縁膜を形成するとともに、少なくとも、第一ソース・ドレイン領域及び第二ソース・ドレイン領域に対向して第二絶縁膜を形成する工程とを含んでもよい。 That is, the manufacturing method of the semiconductor device includes a step of forming a first insulating film on a region including at least the second channel region and excluding the first channel region, the first contact portion, and the second contact portion, and at least Forming a second insulating film on the first channel region and a region of the first insulating film facing the second channel region, and at least facing the first source / drain region and the second source / drain region And a step of forming a second insulating film.
また、上記半導体装置の製造方法は、少なくとも、第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一低濃度不純物領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域上に第一絶縁膜を形成する工程と、少なくとも、第一チャネル領域及び第一低濃度不純物領域と、第一絶縁膜の第二チャネル領域及び第二低濃度不純物領域に対向する領域との上に第二絶縁膜を形成するとともに、少なくとも、第一ソース・ドレイン領域及び第二ソース・ドレイン領域に対向して第二絶縁膜を形成する工程とを含んでもよい。 The method for manufacturing a semiconductor device includes at least a second channel region and a second low concentration impurity region, and excludes the first channel region, the first low concentration impurity region, the first contact portion, and the second contact portion. Forming a first insulating film on the region; at least a first channel region and a first low-concentration impurity region; and a region facing the second channel region and the second low-concentration impurity region of the first insulating film. A step of forming a second insulating film on the first source / drain region and a second source / drain region opposite to the first source / drain region;
更に、上記半導体装置の製造方法は、少なくとも、第二チャネル領域を含み、かつ第一チャネル領域、第一コンタクト部及び第二コンタクト部を除く領域と、第一半導体層の端部の第一ゲート電極に対向する領域と、第二半導体層の端部の第二ゲート電極に対向する領域との上に第一絶縁膜を形成する工程を含んでもよい。 Further, the method for manufacturing the semiconductor device includes at least a second channel region and a region excluding the first channel region, the first contact portion, and the second contact portion, and a first gate at an end portion of the first semiconductor layer. You may include the process of forming a 1st insulating film on the area | region which opposes an electrode, and the area | region which opposes the 2nd gate electrode of the edge part of a 2nd semiconductor layer.
本発明の半導体装置によれば、同一基板上に異なる特性の薄膜トランジスタが形成されるとともに、高性能かつ高信頼性を有する半導体装置を実現することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, thin film transistors having different characteristics can be formed on the same substrate, and a semiconductor device having high performance and high reliability can be realized.
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。 Embodiments will be described below, and the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited only to these embodiments.
(実施形態1)
図1は、実施形態1の半導体装置の構成を示す模式図であり、(a)は、(c)中のX1−Y1線における低電圧トランジスタの断面模式図であり、(b)は、(d)中のX2−Y2線における高電圧トランジスタの断面模式図であり、(c)は、低電圧トランジスタの平面模式図であり、(d)は、高電圧トランジスタの平面模式図である。なお、図1(c)及び(d)中の太線は、第一絶縁膜の端部の位置を示す。(Embodiment 1)
1A and 1B are schematic views showing the configuration of the semiconductor device of
実施形態1の半導体装置は、図1に示すように、同一基板11上に、TFT10aと、TFT10bとを有する。TFT10a及びTFT10bは、プレーナ型(トップゲート型)のTFTであり、シングルドレイン構造を有する。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device of
TFT10aは、基板11側から島状の半導体層20a、第一絶縁膜12、第二絶縁膜13及びゲート電極14aがこの順に形成された構造を有するとともに、これらを覆う層間絶縁膜15と、層間絶縁膜15上に形成された配線16a及び配線17aとを有する。
The
一方、TFT10bは、TFT10aと同様に、基板11側から島状の半導体層20b、第一絶縁膜12、第二絶縁膜13及びゲート電極14bがこの順に形成された構造を有するとともに、これらを覆う層間絶縁膜15と、層間絶縁膜15上に形成された配線16b、17bとを有する。
On the other hand, the
このように、第一絶縁膜12、第二絶縁膜13及び層間絶縁膜15は、TFT10a及びTFT10bに共通して用いられている。すなわち、TFT10aを構成する第一絶縁膜12、第二絶縁膜13及び層間絶縁膜15と、TFT10bを構成する第一絶縁膜12、第二絶縁膜13及び層間絶縁膜15とはそれぞれ、同一工程により形成される。
Thus, the 1st insulating
まず、TFT10aの各構成について説明する。半導体層20aは、ゲート電極14aに対向する領域に位置するチャネル領域21aと、チャネル領域21a以外の領域に位置するソース・ドレイン領域23aとを有する。すなわち、ソース・ドレイン領域23aは、チャネル領域21aにチャネル長方向において隣接して配置される。また、ソース・ドレイン領域23aは、配線16aと接触するコンタクト部24aを含む。
First, each configuration of the
なお、本明細書において、ソース・ドレイン領域は、トランジスタのソース及び/又はドレインとして機能する領域である。すなわち、一方のソース・ドレイン領域がソースとして機能する場合、他方のソース・ドレイン領域はドレインとして機能する。 Note that in this specification, a source / drain region is a region that functions as a source and / or a drain of a transistor. That is, when one source / drain region functions as a source, the other source / drain region functions as a drain.
第一絶縁膜12は、TFT10aにおいて、チャネル領域21a及びコンタクト部24aを除く領域に形成される。より具体的には、第一絶縁膜12は、TFT10aにおいて、図1(c)に示すように、基板11を平面視したときに、チャネル領域21a及びコンタクト部24aを含む島状の半導体層20aの内部領域を除く領域に形成される。また、第一絶縁膜12は、TFT10aにおいて、半導体層20aの端部を覆うように形成される。
The first insulating
第二絶縁膜13は、TFT10aにおいて、少なくともチャネル領域21aと、コンタクト部24aを除くソース・ドレイン領域23aとを含む領域に形成される。より好適には、第二絶縁膜13は、TFT10aにおいて、コンタクト部24aを除いて、半導体層20a及び第一絶縁膜12上に形成される。
The second insulating
ゲート電極14aは、第二絶縁膜13を介して、チャネル領域21aに対向して形成される。したがって、TFT10aにおいては、第二絶縁膜13がゲート絶縁膜として機能する。
The
配線16aは、層間絶縁膜15に形成されたコンタクトホールを介してソース・ドレイン領域23aに接続される。より詳細には、配線16aは、ソース・ドレイン領域23aのコンタクト部24aに接触することによってソース・ドレイン領域23aに接続される。一方、配線17aは、層間絶縁膜15に形成されたコンタクトホールを介してゲート電極14aに接続される。
The
このように、TFT10aは、ゲート絶縁膜が第二絶縁膜13のみから構成される。したがって、TFT10aは、高速駆動が可能であり、また、例えば、5V以下の低電圧(例えば、2〜5V)で駆動されるTFT(低電圧トランジスタ)に好適である。具体的には、TFT10aは、ロジック回路に好適に用いることができる。また、本実施形態の半導体装置を液晶表示装置等の表示装置に用いる場合、TFT10aは、シフトレジスタ回路、ソースドライバ等に好適に用いることができる。
As described above, in the
次に、TFT10bの各構成について説明する。半導体層20bは、ゲート電極14bに対向する領域に位置するチャネル領域21bと、チャネル領域21b以外の領域に位置するソース・ドレイン領域23bとを有する。すなわち、ソース・ドレイン領域23bは、チャネル領域21bにチャネル長方向において隣接して配置される。また、ソース・ドレイン領域23bは、配線16bと接触するコンタクト部24bを含む。
Next, each configuration of the
第一絶縁膜12は、TFT10bにおいて、図1(d)に示すように、チャネル領域21aを含むとともにコンタクト部24bを除く領域に形成される。また、第一絶縁膜12は、TFT10bにおいて、半導体層20aの端部を覆うように形成される。更に、第一絶縁膜12のチャネル領域21b上に位置する領域のチャネル長方向における幅は、チャネル長よりも0.5〜4μm(好ましくは1〜2μm)程度大きく設定される。
As shown in FIG. 1D, the first insulating
第二絶縁膜13は、TFT10bにおいて、少なくともチャネル領域21bと、コンタクト部24bを除くソース・ドレイン領域23aとを含む領域に形成される。より好適には、第二絶縁膜13は、TFT10bにおいて、コンタクト部24bを除いて、半導体層20b及び第一絶縁膜12上に形成される。
In the
ゲート電極14bは、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13を介して、チャネル領域21bに対向して形成される。したがって、TFT10bにおいては、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13がゲート絶縁膜として機能する。
The
配線16bは、層間絶縁膜15に形成されたコンタクトホールを介してソース・ドレイン領域23bに接続される。より詳細には、配線16bは、ソース・ドレイン領域23bのコンタクト部24bに接触することによってソース・ドレイン領域23bに接続される。一方、配線17bは、層間絶縁膜15に形成されたコンタクトホールを介してゲート電極14bに接続される。
The
このように、TFT10bは、ゲート絶縁膜が第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13の積層膜から構成されることから、例えば、10V以上の高電圧で駆動されるTFT(高電圧トランジスタ)に好適である。具体的には、TFT10bは、アナログスイッチ的な役割をするトランジスタとして好適である。
As described above, in the
以上説明したように、TFT10a及びTFT10bを有する本実施形態の半導体装置において、第一絶縁膜12は、チャネル領域21bを含み、かつチャネル領域21a、コンタクト部24a及びコンタクト部24bを除く領域上に形成される。また、第二絶縁膜13は、チャネル領域21aと、第一絶縁膜12のチャネル領域21bに対向する領域との上に形成されるとともに、コンタクト部24aを除くソース・ドレイン領域23aと、コンタクト部24bを除くソース・ドレイン領域23bとに対向して形成される。したがって、TFT10aにおいてゲート絶縁膜を単層構造とし、TFT10bにおいてゲート絶縁膜を積層構造(2層構造)とすることができる。そのため、本実施形態の半導体装置は、低電圧トランジスタとして優れた特性を発揮するTFT10aと、高電圧トランジスタとして優れた特性を発揮するTFT10bとを同一基板11上に有することができる。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment having the
また、チャネル領域21b上に位置する領域の第一絶縁膜12のチャネル長方向における幅は、コンタクト部24bに重ならない範囲内で適宜設定することができる。すなわち、第一絶縁膜12のパターニング時におけるアライメントずれに対するマージンを第一絶縁膜12に付与することができる。したがって、本実施形態の半導体装置は、例え第一絶縁膜12のパターニング時にアライメントずれが発生したとしても、TFT10bにおいてゲート絶縁膜が不均一に(部分的に)単層になることを抑制することができる。その結果、TFT10bにおいて、しきい値にばらつきが発生するのを抑制することができる。一方、TFT10aにおいては、チャネル領域21aと、コンタクト部24aを除くソース・ドレイン領域23aとは、単層の第二絶縁膜13によって覆われているだけなので、TFT10aは、第一絶縁膜12をパターニングする時のアライメントずれの影響を受けることがない。このように、本実施形態の半導体装置は、信頼性に優れたTFT10a及びTFT10bを同一基板11上に有することができる。
Further, the width in the channel length direction of the first insulating
また、コンタクト部24aを除くソース・ドレイン領域23aと、コンタクト部24bを除くソース・ドレイン領域23bとの上方には、単層の第二絶縁膜13が設けられている。なお、ソース・ドレイン領域23a及びソース・ドレイン領域23bに対する不純物のドーピング時には、コンタクト部24a及びコンタクト部24b上にも第二絶縁膜13は設けられている。したがって、ソース・ドレイン領域23a及びソース・ドレイン領域23bに対するドーピング時に、コンタクト部24a及びコンタクト部24bを含むソース・ドレイン領域23a及びソース・ドレイン領域23bの上方には、単層の第二絶縁膜13が設けられている。そのため、ソース・ドレイン領域23a及びソース・ドレイン領域23bに対して、一括して不純物をドーピングすることができるとともに、ソース・ドレイン領域23a及びソース・ドレイン領域23bに対する高濃度不純物(N+又はP+)のドーピング量を容易に最適化することができる。その結果、コンタクト部24a及びコンタクト部24bのコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。すなわち、TFT10a及びTFT10bはそれぞれ、不純物が最適な濃度でドーピングされた領域である最適不純物濃度領域25a及び最適不純物濃度領域25bを有することができる。A single-layer second insulating
また、TFT10bにおいて、ゲート電極14b(チャネル領域21b)の端部の外側であり、かつ第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13が積層された領域のソース・ドレイン領域23bは、最適不純物濃度領域25bに比べてドーピング量が少なくなる。すなわち、この領域は、最適不純物濃度領域25bに比べて不純物のドーピング量が少ない低ドーズ領域26bとなる。したがって、TFT10bにおいて過剰ドーピングによる抵抗値異常が発生するのを効果的に抑制することができる。
Further, in the
なお、低ドーズ領域26bは、最適不純物濃度領域25a及び最適不純物濃度領域25bに比べて不純物のドーピング量が少ないため、最適不純物濃度領域25a及び最適不純物濃度領域25bよりもシート抵抗値が大きくなる。より具体的には、低ドーズ領域26bの抵抗値は、1〜2kΩ/□程度となり、一方、最適不純物濃度領域25a及び最適不純物濃度領域25bの抵抗値は、0.5〜1kΩ/□程度となる。すなわち、低ドーズ領域26bは、最適不純物濃度領域25a及び最適不純物濃度領域25bの2倍程度の抵抗値を有する。しかしながら、低ドーズ領域26bの抵抗値は、トランジスタ特性のオン電流には影響しない程度の大きさであり、TFT10bの特性が悪化することはない。
Note that the
また従来、島状の半導体層の端部付近においては、ゲート電極と半導体層との間で絶縁破壊が発生しやすかった。これは、半導体層の端部において、ゲート絶縁膜の被覆性が悪くなり、その膜厚が薄くなるためである。しかしながら、本実施形態において、第一絶縁膜12は、半導体層20aの端部を覆うように形成されるとともに、半導体層20bの端部を覆うように形成される。そのため、半導体層20aのゲート電極14aと対向する領域の端部は、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13の2つの絶縁層により覆われる。同様に、半導体層20bのゲート電極14bと対向する領域の端部は、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13の2つの絶縁層により覆われる。したがって、TFT10a及びTFT10bにおいて、ゲート絶縁膜の破壊耐圧を向上することができる。
Conventionally, dielectric breakdown is likely to occur between the gate electrode and the semiconductor layer near the end of the island-shaped semiconductor layer. This is because the coverage of the gate insulating film is deteriorated at the end portion of the semiconductor layer, and the film thickness is reduced. However, in the present embodiment, the first insulating
また、チャネルドープを行ったNチャネル型TFTの場合、半導体層の端部はチャネル中央部に比べ膜厚が薄いため、半導体層端部の寄生トランジスタのしきい値電圧が低くなっていた。また更に、半導体層の端部ではゲート絶縁膜の膜厚が薄くなっているため、寄生トランジスタのしきい値電圧が低くなっていた。その結果、ゲート電圧が0ボルトのときのリーク電流が増大するという問題があった。この問題は低しきい値電圧が必要とされる低電圧トランジスタの場合により顕著となる。これに対し本発明では半導体層端部のゲート絶縁膜厚が厚くなっているため、このような問題を改善できる。 In the case of an N-channel TFT with channel doping, the threshold voltage of the parasitic transistor at the end of the semiconductor layer is low because the end of the semiconductor layer is thinner than the center of the channel. Furthermore, since the gate insulating film is thin at the end of the semiconductor layer, the threshold voltage of the parasitic transistor is low. As a result, there is a problem that the leakage current increases when the gate voltage is 0 volts. This problem becomes more prominent in the case of a low voltage transistor that requires a low threshold voltage. On the other hand, in the present invention, since the gate insulating film thickness at the end of the semiconductor layer is thick, such a problem can be improved.
また、半導体層の端部はゲート絶縁膜の膜厚が薄いため、TFT形成プロセスの途中でプラズマダメージの影響及び静電気の影響を受けやすく、固定電荷をトラップしやすい。その結果、半導体層端部の寄生トランジスタのしきい値が変動し、リーク電流が増大したり、TFTのしきい値電圧のばらつきが増大したりしていた。これに対しても本発明では半導体層端部のゲート絶縁膜厚が厚くなっているため、このような問題を改善できる。 Further, since the gate insulating film is thin at the edge of the semiconductor layer, it is easily affected by plasma damage and static electricity during the TFT formation process, and it is easy to trap fixed charges. As a result, the threshold value of the parasitic transistor at the end of the semiconductor layer fluctuates, increasing the leakage current and increasing the variation in the threshold voltage of the TFT. In contrast, in the present invention, since the gate insulating film thickness at the end of the semiconductor layer is thick, such a problem can be improved.
図2は、実施形態1の半導体装置の構成を示す模式図であり、(a)は、低電圧トランジスタの変形例を示す平面模式図であり、(b)は、高電圧トランジスタの変形例を示す平面模式図である。なお、図2(a)及び(b)中の太線は、第一絶縁膜の端部の位置を示す。ゲート絶縁膜の破壊耐圧を向上するという観点からは、第一絶縁膜12は、半導体層20aの端部のゲート電極14aに対向する領域と、半導体層20bの端部のゲート電極14bに対向する領域との上に少なくとも形成されればよい。したがって、ソース・ドレイン領域23a及びソース・ドレイン領域23bに充分な面積がない場合には、図2(a)及び(b)に示すように、第一絶縁膜12は、ゲート電極14aが交差する半導体層20aの端部と、ゲート電極14bが交差する半導体層20bの端部とを覆うように形成されてもよい。これによっても、充分なゲート絶縁膜の破壊耐圧が得られる。なお、ソース・ドレイン領域23a及びソース・ドレイン領域23bが充分大きい場合には、半導体層端部に形成されるザグリ部に発生しやすいゲート電極のエッチング残渣やフォトレジストの残渣に起因するパーティクルが発生するのを防止する観点から、図1(c)及び(d)で示したように、第一絶縁膜12の端の全てが半導体層20a及び半導体層20b上に配置されることが好ましい。
2A and 2B are schematic views showing the configuration of the semiconductor device of
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図3は、実施形態1の半導体装置の変形例の構成を示す断面模式図であり、(a)は、GOLD構造を有する高電圧トランジスタを示し、(b)は、LDD構造を有する高電圧トランジスタを示し、(c)は、LDD構造を有する低電圧トランジスタを示す。Next, a modification of this embodiment will be described.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a modified example of the semiconductor device of
本実施形態の半導体装置は、図3に示すように、同一基板11上に、GOLD(Gate Overlapped LDD)構造を有するTFT10cと、LDD構造を有するTFT10dと、LDD構造を有するTFT10eとを有してもよい。
As shown in FIG. 3, the semiconductor device of this embodiment includes a
TFT10cは、ゲート電極14cに対向する領域内に位置するチャネル領域21cと、チャネル長方向におけるチャネル領域21cの両外側に配置された低濃度不純物領域22cと、チャネル領域21c及び低濃度不純物領域22c以外の領域に位置するソース・ドレイン領域23cとを有する半導体層20cをもつ。すなわち、低濃度不純物領域22cは、チャネル領域21cにチャネル長方向において隣接して配置され、ソース・ドレイン領域23cは、低濃度不純物領域22cにチャネル長方向において隣接して配置される。また、ソース・ドレイン領域23cは、配線16cと接触するコンタクト部24cを含む。低濃度不純物領域22cは、LDD領域として機能する。
The
また、TFT10cにおいて、第一絶縁膜12は、チャネル領域21c及び低濃度不純物領域22cを含むとともにコンタクト部24cを除く領域に形成される。また、第一絶縁膜12は、TFT10cにおいて、半導体層20cの端部を覆うように形成される。更に、第一絶縁膜12のチャネル領域21c及び低濃度不純物領域22c上に位置する領域のチャネル長方向における幅は、チャネル領域21c及び低濃度不純物領域22cのチャネル長方向における長さよりも0.5〜4μm(好ましくは1〜2μm)程度大きく設定される。
In the
また、TFT10cにおいて、第二絶縁膜13は、少なくともチャネル領域21cと、低濃度不純物領域22cと、コンタクト部24cを除くソース・ドレイン領域23cとを含む領域に形成される。より好適には、第二絶縁膜13は、TFT10cにおいて、コンタクト部24cを除いて、半導体層20c及び第一絶縁膜12上に形成される。
In the
ゲート電極14cは、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13を介して、チャネル領域21c及び低濃度不純物領域22cに対向して形成される。したがって、TFT10bにおいては、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13がゲート絶縁膜として機能する。
The
なお、TFT10cは、TFT10a等と同様に、その他、層間絶縁膜15と、コンタクト部24cに接続される配線16cと、ゲート電極14cに接続される配線17cとを有する。
Similar to the
このように、TFT10cは、ゲート絶縁膜が第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13の積層膜から構成される。また、TFT10cは、GOLD構造を有する。したがって、TFT10cは、TFT10bに比べて駆動スピードには劣るものの、非常に優れた信頼性と、ホットキャリア劣化に対する非常に優れた耐性とを有するとともに、短チャネル効果を非常に効果的に抑制することができる。また、TFT10cは、高電圧トランジスタに好適である。具体的には、TFT10cは、電源電圧が高い、例えば、電源電圧が8〜16V(高電圧)の回路に好適に用いることができる。また、本実施形態の半導体装置を液晶表示装置等の表示装置に用いる場合、TFT10cは、ゲートドライバ等に好適に用いることができる。
As described above, in the
TFT10dは、ゲート電極14dに対向する領域に位置するチャネル領域21dと、チャネル長方向におけるチャネル領域21dの両外側に配置された低濃度不純物領域22dと、チャネル領域21d及び低濃度不純物領域22d以外の領域に位置するソース・ドレイン領域23dとを有する半導体層20dをもつ。すなわち、低濃度不純物領域22dは、チャネル領域21dにチャネル長方向において隣接して配置され、ソース・ドレイン領域23dは、低濃度不純物領域22dにチャネル長方向において隣接して配置される。また、ソース・ドレイン領域23dは、配線16dと接触するコンタクト部24dを含む。低濃度不純物領域22dは、LDD領域として機能する。
The
また、TFT10dにおいて、第一絶縁膜12は、チャネル領域21d及び低濃度不純物領域22dを含むとともにコンタクト部24dを除く領域に形成される。また、第一絶縁膜12は、TFT10dにおいて、半導体層20dの端部を覆うように形成される。更に、第一絶縁膜12のチャネル領域21d及び低濃度不純物領域22d上に位置する領域のチャネル長方向における幅は、チャネル領域21dのチャネル長方向における長さよりも0.5〜4μm(好ましくは1〜2μm)程度大きく設定される。第一絶縁膜12は、チャネル領域21dのチャネル長方向における幅よりも0.5〜2μm(好ましくは1〜1.5μm)程度大きく設定される。
In the
また、TFT10dにおいて、第二絶縁膜13は、少なくともチャネル領域21dと、低濃度不純物領域22dと、コンタクト部24dを除くソース・ドレイン領域23dとを含む領域に形成される。より好適には、第二絶縁膜13は、TFT10dにおいて、コンタクト部24dを除いて、半導体層20d及び第一絶縁膜12上に形成される。
In the
ゲート電極14dは、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13を介して、チャネル領域21dに対向して形成される。したがって、TFT10dにおいては、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13がゲート絶縁膜として機能する。
The
なお、TFT10dは、TFT10a等と同様に、その他、層間絶縁膜15と、コンタクト部24dに接続される配線16dと、ゲート電極14dに接続される配線17dとを有する。
Similar to the
このように、TFT10dは、ゲート絶縁膜が第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13の積層膜から構成される。また、TFT10dは、LDD構造を有する。したがって、TFT10dは、TFT10bに比べて駆動スピードには劣るものの、優れた信頼性と、ホットキャリア劣化に対する優れた耐性とを有するとともに、短チャネル効果を効果的に抑制することができる。また、TFT10dは、高電圧トランジスタに好適である。具体的には、本実施形態の半導体装置を液晶表示装置等の表示装置に用いる場合、TFT10cは、画素スイッチング用トランジスタ等として好適である。
As described above, in the
TFT10eは、ゲート電極14eに対向する領域に位置するチャネル領域21eと、チャネル長方向におけるチャネル領域21eの両外側に配置された低濃度不純物領域22eと、チャネル領域21e及び低濃度不純物領域22e以外の領域に位置するソース・ドレイン領域23eとを有する半導体層20eをもつ。すなわち、低濃度不純物領域22eは、チャネル領域21eにチャネル長方向において隣接して配置され、ソース・ドレイン領域23eは、低濃度不純物領域22eにチャネル長方向において隣接して配置される。また、ソース・ドレイン領域23eは、配線16eと接触するコンタクト部24eを含む。低濃度不純物領域22eは、LDD領域として機能する。
The
また、TFT10eにおいて、第一絶縁膜12は、チャネル領域21e、低濃度不純物領域22e及びコンタクト部24eを除く領域に形成される。より具体的には、第一絶縁膜12は、TFT10eにおいて、基板11を平面視したときに、チャネル領域21e、低濃度不純物領域22e及びコンタクト部24eを含む島状の半導体層20eの内部領域を除く領域に形成される。また、第一絶縁膜12は、TFT10eにおいて、半導体層20eの端部を覆うように形成される。
In the
また、TFT10eにおいて、第二絶縁膜13は、少なくともチャネル領域21eと、低濃度不純物領域22eと、コンタクト部24eを除くソース・ドレイン領域23eとを含む領域に形成される。より好適には、第二絶縁膜13は、TFT10eにおいて、コンタクト部24eを除いて、半導体層20e及び第一絶縁膜12上に形成される。
In the
ゲート電極14eは、第二絶縁膜13を介して、チャネル領域21eに対向して形成される。したがって、TFT10eにおいては、第二絶縁膜13がゲート絶縁膜として機能する。
The
なお、TFT10eは、TFT10a等と同様に、その他、層間絶縁膜15と、コンタクト部24eに接続される配線16eと、ゲート電極14eに接続される配線17eとを有する。
Similar to the
このように、TFT10eは、ゲート絶縁膜が第二絶縁膜13のみから構成される。また、TFT10dは、LDD構造を有する。したがって、TFT10dは、TFT10aに比べて駆動スピードには劣るものの、TFT10b等より駆動スピードに優れている。また、TFT10eは、優れた信頼性と、ホットキャリア劣化に対する優れた耐性とを有するとともに、短チャネル効果を効果的に抑制することができる。更に、TFT10eは、低電圧トランジスタに好適である。具体的には、TFT10eは、TFT10aよりも少し高い電圧で駆動する回路等に好適に用いることができる。例えば、TFT10aは、電源電圧5V以下の回路で使用される場合に好適であり、TFT10eは、電源電圧4〜8V(より好適には、6〜8V)の回路で使用される場合に好適である。
As described above, in the
以上説明したように、TFT10c、TFT10d及びTFT10eを有する本実施形態の半導体装置において、第一絶縁膜12は、チャネル領域21c、低濃度不純物領域22c、チャネル領域21d及び低濃度不純物領域22dを含み、かつチャネル領域21e、コンタクト部24c、コンタクト部24d及びコンタクト部24eを除く領域上に形成される。また、第二絶縁膜13は、チャネル領域21e及び低濃度不純物領域22eと、第一絶縁膜12のチャネル領域21c及び低濃度不純物領域22cに対向する領域と、第一絶縁膜12のチャネル領域21d及び低濃度不純物領域22dに対向する領域との上に形成されるとともに、コンタクト部24cを除くソース・ドレイン領域23cと、コンタクト部24dを除くソース・ドレイン領域23dと、コンタクト部24eを除くソース・ドレイン領域23eとに対向して形成される。そのため、本実施形態の半導体装置は、高電圧トランジスタとして優れた特性を発揮するTFT10c及びTFT10dと、低電圧トランジスタとして優れた特性を発揮するTFT10eとを同一基板11上に有することができる。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment having the
また、チャネル領域21c及び低濃度不純物領域22c上に位置する領域の第一絶縁膜12のチャネル長方向における幅は、コンタクト部24cに重ならない範囲内で適宜設定することができる。したがって、TFT10bと同様に、TFT10cにおいて、しきい値にばらつきが発生するのを抑制することができる。
The width in the channel length direction of the first insulating
また、チャネル領域21d及び低濃度不純物領域22d上に位置する領域の第一絶縁膜12のチャネル長方向における幅は、コンタクト部24dに重ならない範囲内で適宜設定することができる。したがって、TFT10bと同様に、TFT10dにおいて、しきい値にばらつきが発生するのを抑制することができる。
The width in the channel length direction of the first insulating
一方、TFT10eにおいては、チャネル領域21eと、低濃度不純物領域22eと、コンタクト部24eを除くソース・ドレイン領域23eとは、単層の第二絶縁膜13によって覆われているだけなので、TFT10eは、第一絶縁膜12をパターニングする時のアライメントずれの影響を受けることがない。このように、本実施形態の半導体装置は、信頼性に優れたTFT10c、TFT10d及びTFT10eを同一基板11上に有することができる。
On the other hand, in the
また、コンタクト部24cを除くソース・ドレイン領域23cと、コンタクト部24dを除くソース・ドレイン領域23dと、コンタクト部24eを除くソース・ドレイン領域23eとの上方には単層の第二絶縁膜13が設けられている。したがって、TFT10a及びTFT10bと同様に、ソース・ドレイン領域23c、ソース・ドレイン領域23d及びソース・ドレイン領域23eに対する不純物のドーピング量を最適化し、コンタクト部c、コンタクト部24d及びコンタクト部24eのコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。
A single-layer second insulating
また、TFT10bと同様に、TFT10c、TFT10dにおいて、過剰ドーピングによる抵抗値異常が発生するのを効果的に抑制することができる。
Further, similarly to the
また、第一絶縁膜12は、半導体層20c、半導体層20d及び半導体層20eの端部を覆うように形成される。したがって、TFT10a及びTFT10bと同様に、TFT10c、TFT10d及びTFT10eにおいて、ゲート絶縁膜の破壊耐圧を向上することができる。
The first insulating
ここで、LDD構造を有するTFT10d及びTFT10eについて更に説明する。
図4は、製造工程中における実施形態1の半導体装置の変形例の構成を示す断面模式図であり、(a)は、LDD構造を有する低電圧トランジスタを示し、(b)は、LDD構造を有する高電圧トランジスタを示す。Here, the
4A and 4B are schematic cross-sectional views showing a configuration of a modified example of the semiconductor device of
図4に示すように、LDD領域として機能する低濃度不純物領域22d及び低濃度不純物領域22eは、ゲート電極14d及びゲート電極14eを形成した後に、低濃度不純物のドーピングを行うことによって形成される。このとき、TFT10eにおいて、半導体層20eは、第二絶縁膜13越しにドーピングされ、一方、TFT10dにおいて、半導体層20dの低濃度不純物領域22dとなる領域は、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13越しにドーピングされる。したがって、TFT10eの低濃度不純物領域22eは、比較的高濃度にドーピングされ、一方、TFT10dの低濃度不純物領域22dは、比較的低濃度にドーピングされる。その結果、低電圧トランジスタとして好適なTFT10eの低濃度不純物領域22eのシート抵抗を20〜50kΩ/□とし、高電圧トランジスタとして好適なTFT10dの低濃度不純物領域22dのシート抵抗を40〜150kΩ/□に設定することが可能である。
As shown in FIG. 4, the low-
なお、シート抵抗は、2端子又は4端子の抵抗値評価パターン(TEG)により測定する。 The sheet resistance is measured by a resistance evaluation pattern (TEG) of 2 terminals or 4 terminals.
一般に、低電圧トランジスタは、低電圧で駆動されるため、高い信頼性ではなく高電流駆動力が要求される。この場合、LDD領域の抵抗は、低抵抗に設定することが好ましい。また、高電流駆動を行うためには、シングルドレイン構造が好ましいが、シングルドレイン構造は、ホットキャリア劣化に対する信頼性が弱く、例えばチャネル長が4μmであるシングルドレイン構造を有するトランジスタでは、6V以上の信頼性を保証することができない。また、シングルドレイン構造は、短チャネル効果が生じやすいため、低しきい値に設定することが困難となる。これに対しLDD構造は、シングルドレイン構造に比べて、ホットキャリア劣化に対する耐性が強く、また、短チャネル効果を抑制することができる。このように、TFT10eでは、電流駆動力を比較的大きくすることができるとともに、中電圧、例えは、電源電圧が4〜8V(より好適には、6〜8V)の場合に対する信頼性も確保することができる。
In general, since a low voltage transistor is driven at a low voltage, a high current driving force is required instead of high reliability. In this case, the resistance of the LDD region is preferably set to a low resistance. In order to perform high current driving, a single drain structure is preferable. However, the single drain structure has low reliability against hot carrier deterioration. For example, a transistor having a single drain structure with a channel length of 4 μm has a voltage of 6 V or more. Reliability cannot be guaranteed. In addition, since the single drain structure tends to cause a short channel effect, it is difficult to set a low threshold value. In contrast, the LDD structure is more resistant to hot carrier degradation than the single drain structure, and can suppress the short channel effect. As described above, in the
一方、高電圧トランジスタに関しては、高電圧で駆動するため、高い信頼性が要求される。基板面に対して垂直方向に発生する電界(ゲート電圧による電界)に起因する劣化は、ゲート絶縁膜を厚くすることにより抑制することができる。すなわち、ゲート絶縁膜を積層構造とすることによって、信頼性を向上することができる。また、基板面に対して平行方向(横方向)に発生する電界(ドレイン電圧による電界)に起因する劣化は、LDD領域の抵抗を高抵抗にすることによって抑制することができる。すなわち、これにより、ホットキャリア劣化に対する耐性を向上することができる。 On the other hand, a high voltage transistor is driven at a high voltage, and thus high reliability is required. Degradation due to an electric field (electric field due to a gate voltage) generated in a direction perpendicular to the substrate surface can be suppressed by increasing the thickness of the gate insulating film. That is, reliability can be improved by forming the gate insulating film in a stacked structure. Further, deterioration due to an electric field (electric field due to a drain voltage) generated in a direction parallel to the substrate surface (lateral direction) can be suppressed by increasing the resistance of the LDD region. That is, this makes it possible to improve resistance to hot carrier deterioration.
他方、液晶表示装置等の表示装置のスイッチング素子として用いられる画素スイッチング用トランジスタにおいては、リーク電流の抑制が必要である。このような画素スイッチング用トランジスタに対しては、LDD領域の抵抗が大きいTFT10dを用いることによって、リーク電流の発生を抑制することができる。
On the other hand, in a pixel switching transistor used as a switching element of a display device such as a liquid crystal display device, it is necessary to suppress leakage current. For such a pixel switching transistor, the occurrence of leakage current can be suppressed by using the
このように、シングルドレイン構造、GOLD構造又はLDD構造を有する種々のトランジスタを適材適所に使用することによって、高性能かつ高信頼性の回路を形成することが可能となる。 In this manner, by using various transistors having a single drain structure, a GOLD structure, or an LDD structure at appropriate positions, a high-performance and highly reliable circuit can be formed.
図5は、LDD構造を有するTFTにおけるLDD領域の抵抗と、オン電流(電流駆動力)及びホットキャリア劣化率(オン電流劣化率)との関係を示すグラフである。このように、LDD構造においては、LDD領域の抵抗が大きくなればなるほど、ホットキャリア劣化率は小さくなる。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the resistance of the LDD region, the on-current (current driving capability), and the hot carrier deterioration rate (on-current deterioration rate) in a TFT having an LDD structure. Thus, in the LDD structure, the hot carrier deterioration rate decreases as the resistance of the LDD region increases.
なお、GOLD構造の場合には、ホットキャリア劣化率が最小となるLDD領域の抵抗が存在し、GOLD構造は、非常に劣化耐性が強い。また、LDD構造に比べると、GOLD構造は、電流駆動力が高いという特徴を有するが、負荷容量が大きく消費電力が大きくなるというデメリットもある。 In the case of the GOLD structure, there is a resistance in the LDD region that minimizes the hot carrier deterioration rate, and the GOLD structure is very resistant to deterioration. Compared to the LDD structure, the GOLD structure has a feature that the current driving force is high, but has a demerit that the load capacity is large and the power consumption is large.
一方、LDD構造は、GOLD構造に比べて、ホットキャリア劣化に対する耐性は弱く、電流駆動力も低い。しかしながら、LDD構造は、GOLD構造に比べて、負荷容量が小さく、低消費電力化を行う回路には有利である。また、LDD構造は、リーク電流の発生を抑制することができるため、出力電圧を保持する必要がある回路に好適である。従来のLDD構造を有するTFTにおいて、ホットキャリア劣化に対する耐性を向上するためには、LDD領域の抵抗を増大させる必要があった。しかしながら、従来のLDD構造を有するTFTにおいて、LDD領域の抵抗を増大させると電流駆動力が低下してしまうため、従来、一種類のトランジスタにより両者(ホットキャリア劣化及び電流駆動力)を改善することは非常に困難であった。 On the other hand, the LDD structure is less resistant to hot carrier degradation and has a lower current driving capability than the GOLD structure. However, the LDD structure has a smaller load capacity than the GOLD structure and is advantageous for a circuit that reduces power consumption. In addition, since the LDD structure can suppress generation of a leakage current, it is suitable for a circuit that needs to hold an output voltage. In a TFT having a conventional LDD structure, it is necessary to increase the resistance of the LDD region in order to improve resistance to hot carrier degradation. However, in a TFT having a conventional LDD structure, if the resistance in the LDD region is increased, the current drivability decreases. Therefore, both of them (hot carrier deterioration and current drivability) have been improved with a single type of transistor conventionally. Was very difficult.
なお、数V程度の低電圧で駆動される低電圧トランジスタにおいては、ホットキャリア劣化に対する耐性はそれほど重要ではなく、むしろ回路の高速駆動のための電流駆動力が必要である。一方、10V以上の高電圧で駆動される高電圧トランジスタにおいては、消費電力を抑制する観点から高周波の高速駆動は行われないため、電流駆動力は重要ではなく、ホットキャリア劣化に対する耐性が重要となる。したがって、低電圧用として低抵抗のLDD領域を有するLDD構造のトランジスタを形成し、一方、高電圧用として高抵抗のLDD領域を有するLDD構造のトランジスタを形成すれば、最適な回路を構成することが可能となる。 In a low voltage transistor driven with a low voltage of about several volts, resistance to hot carrier deterioration is not so important, but rather a current driving capability for high-speed driving of the circuit is required. On the other hand, in a high voltage transistor driven with a high voltage of 10 V or more, high-frequency high-speed driving is not performed from the viewpoint of suppressing power consumption, so current driving capability is not important, and resistance to hot carrier degradation is important. Become. Therefore, if an LDD structure transistor having a low resistance LDD region is formed for a low voltage, and an LDD structure transistor having a high resistance LDD region is formed for a high voltage, an optimum circuit can be configured. Is possible.
それに対して、本実施形態のTFT10d及びTFT10eによれば、上述のように、フォトリソ工程を経ずに一回のドーピングによって、比較的高濃度に不純物がドーピングされた、すなわち、比較的低抵抗のLDD領域を有する低電圧トランジスタと、比較的低濃度に不純物がドーピングされた、すなわち、比較的高抵抗のLDD領域を有する高電圧トランジスタとを同時に形成することができる。
On the other hand, according to the
なお、本実施形態においては、後述するように、フォトリソグラフィ法によるマスクLDD構造を主に説明するが、LDD構造としては、サイドウォールを形成したLDD構造、ソース・ドレイン領域の高濃度不純物領域をドーピングした後に、ゲート電極を細くする方法によって形成された自己整合型LDD構造等であってもよい。 In this embodiment, as will be described later, a mask LDD structure by a photolithography method will be mainly described. However, as the LDD structure, an LDD structure in which sidewalls are formed, a high-concentration impurity region in a source / drain region, and the like. A self-aligned LDD structure formed by a method of thinning the gate electrode after doping may be used.
以下に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図6(a)〜(d)及び図7(e)〜(h)は、製造工程中における実施形態1の半導体装置の構成を示す断面模式図である。Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is demonstrated.
FIGS. 6A to 6D and FIGS. 7E to 7H are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment during the manufacturing process.
ここでは、図7(h)に示すように、上述のTFT10a、TFT10b、TFT10c、TFT10d及びTFT10eに加えて、TFT10fを同一基板11上に有する半導体装置について説明する。また、各TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fをNチャネル型のTFTとした場合について主に説明する。
Here, as shown in FIG. 7H, a semiconductor device having a
まず、TFT10fの構成について説明する。図8は、実施形態1の半導体装置の変形例の構成を示す断面模式図であり、GOLD構造を有する低電圧トランジスタを示す。TFT10fは、図8に示すように、ゲート電極14fに対向する領域内に位置するチャネル領域21fと、チャネル長方向におけるチャネル領域21fの両外側に配置された低濃度不純物領域22fと、チャネル領域21f及び低濃度不純物領域22f以外の領域に位置するソース・ドレイン領域23fとを有する半導体層20fをもつ。すなわち、低濃度不純物領域22fは、チャネル領域21fにチャネル長方向において隣接して配置され、ソース・ドレイン領域23fは、低濃度不純物領域22fにチャネル長方向において隣接して配置される。また、ソース・ドレイン領域23fは、配線16fと接触するコンタクト部24fを含む。低濃度不純物領域22fは、LDD領域として機能する。
First, the configuration of the
また、TFT10fにおいて、第一絶縁膜12は、チャネル領域21f、低濃度不純物領域22f及びコンタクト部24fを除く領域に形成される。より具体的には、第一絶縁膜12は、TFT10fにおいて、基板11を平面視したときに、チャネル領域21f、低濃度不純物領域22f及びコンタクト部24fを含む島状の半導体層20fの内部領域を除く領域に形成される。また、第一絶縁膜12は、TFT10fにおいて、半導体層20fの端部を覆うように形成される。
In the
また、TFT10fにおいて、第二絶縁膜13は、少なくともチャネル領域21fと、低濃度不純物領域22fと、コンタクト部24fを除くソース・ドレイン領域23fとを含む領域に形成される。より好適には、第二絶縁膜13は、TFT10fにおいて、コンタクト部24fを除いて、半導体層20f及び第一絶縁膜12上に形成される。
In the
ゲート電極14fは、第二絶縁膜13を介して、チャネル領域21f及び低濃度不純物領域22fに対向して形成される。したがって、TFT10fにおいては、第二絶縁膜13がゲート絶縁膜として機能する。
The
なお、TFT10fは、TFT10a等と同様に、その他、層間絶縁膜15と、コンタクト部24fに接続される配線16fと、ゲート電極14fに接続される配線17fとを有する。
Similar to the
このように、TFT10fは、ゲート絶縁膜が第二絶縁膜13のみから構成される。また、TFT10fは、GOLD構造を有する。したがって、TFT10fは、TFT10aに比べて駆動スピードには劣るものの、非常に優れた信頼性と、ホットキャリア劣化に対する非常に優れた耐性とを有するとともに、短チャネル効果を非常に効果的に抑制することができる。また、TFT10fは、低電圧トランジスタに好適である。具体的には、TFT10fは、スイッチング回路等のように電流駆動力は必要であるが、ゲート及びソース間の電圧にオン状態とは逆の電圧が印加される場合、すなわちNチャネル型TFTでは負バイアス、Pチャネル型TFTでは正バイアスが印加される場合、シングルドレイン構造では信頼性に問題があるため、電流駆動力にも信頼性にも優れたTFT10fを好適に用いることができる。
As described above, in the
次に、TFT10a、TFT10b、TFT10c、TFT10d、TFT10e及びTFT10fを同一基板11上に有する本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment having the
まず、図6(a)に示すように、基板11の一方の主面上に、膜厚30〜100nm(好ましくは40〜50nm)の島状の半導体層(活性層)20a、半導体層(活性層)20b、半導体層(活性層)20c、半導体層(活性層)20d、半導体層(活性層)20e及び半導体層(活性層)20fを形成する。より詳細には、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fは、スパッタ法、LPCVD(Low Pressure CVD)法又はプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により非晶質構造を有する非晶質半導体膜を成膜した後、レーザーによる結晶化を行って得られた結晶質半導体膜をフォトリソ工程により所望の形状にパターニングすることによって形成される。半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの材料は特に限定されないが、好ましくはシリコン、シリコンゲルマニウム(SiGe)合金等である。
First, as shown in FIG. 6A, on one main surface of the
なお、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの結晶化工程としては、ニッケル(Ni)等の触媒金属を非晶質半導体膜に塗布した後に、レーザー等による熱処理を行う固相成長工程を行ってもよい。これにより、連続粒界結晶シリコン膜(CGシリコン膜)を形成することができる。
The crystallization process of each of the
また、レーザーによる結晶化は、酸素が約20%含まれる大気雰囲気下において1回だけレーザーを照射する方法であってもよいし、大気雰囲気下におけるレーザー照射後に、窒素雰囲気下において再度レーザーを照射する方法であってもよい。後者の方法によれば、半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの表面をより平坦化することができる。
Crystallization by laser may be a method of irradiating a laser only once in an air atmosphere containing about 20% of oxygen, or irradiating a laser again in a nitrogen atmosphere after laser irradiation in the air atmosphere. It may be a method to do. According to the latter method, the surfaces of the
なお、基板11の材質としては特に限定されず、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属板又はステンレス板の表面に絶縁膜が形成された基板、処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等が挙げられるが、なかでも、ガラス基板が好適である。また、基板11としては、液晶表示装置等の表示装置に用いられる基板が好適である。このように、本実施形態の半導体装置は、表示装置に備えられる半導体装置として好適であり、表示装置用基板に設けられる半導体装置として特に好適である。
The material of the
なお、基板11と各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fとの間には下地層を形成してもよい。下地層としては、シリコンを含む絶縁膜(例えばSiO2、SiN、SiNO)等を用いることができる。また、下地層は、絶縁膜の単層構造以外に、絶縁膜を2層以上積層させた構造を有してもよい。これにより、基板11としてガラス基板を用いた場合でも、基板11からのアルカリ金属元素をはじめとする不純物の拡散を防げるとともに、各TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fの電気的特性のバラツキを低減することができる。A base layer may be formed between the
次に、膜厚10〜70nm(好ましくは30〜50nm)の第一絶縁膜12を形成する。第一絶縁膜12としては、プラズマCVD法又はスパッタ法によって形成されたシリコンを含む絶縁膜(例えばSiO2膜、SiN膜、SiNO膜)を用いることができる。なかでも、第一絶縁膜12としては、SiO2膜が好適である。また、第一絶縁膜12は、単層構造の他、複数の絶縁材料からなる絶縁膜が2層以上積層された構造であってもよい。この場合、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fに接する層をSiO2膜とすることが好ましい。このように各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fとSiO2膜とを順に積層することによって、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fをシリコン層とした場合に、第一絶縁膜12と各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fとの界面における界面準位を低減することができるので、各TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fの電気的特性を向上することができる。Next, a first insulating
次に、各TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fのしきい値電圧を制御する目的で各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの全面にボロン(B)等の不純物元素をイオン注入法によりドーピング(チャネルドーピング)する。より詳細には、Nチャネル型及びPチャネル型の両方のTFTに対して50kV、5×1012〜3×1013cm−2の条件でドーピングを行った後、Pチャネル型となるTFTの半導体層をレジストによりマスクした状態で、Nチャネル型となるTFTの半導体層に対して50kV、5×1012〜3×1013cm−2の条件でドーピングを行う。また、このときの各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20f中の不純物元素の濃度は、Nチャネル型となるTFTについては2×1016〜2×1017cm−3程度とし、Pチャネル型となるTFTについては1×1016〜1×1017cm−3程度とする。Next, an impurity element such as boron (B) is formed on the entire surface of each
なお、TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fのいずれかをPチャネル型のTFTとする場合には、上述のチャネルドーピングは、Nチャネル型となるTFTの半導体層に対してのみ行ってもよいし、Nチャネル型及びPチャネル型の両方のTFTの半導体層に対して行ってもよい。また、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fにおいてそれぞれ所望のしきい値電圧を得るために、半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20f毎に適宜ドーピングを行うことによって、半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fにおける不純物元素の濃度を異ならしてもよい。更に、上述のチャネルドーピングは、第二絶縁膜13の形成後に行ってもよい。これにより、低電圧トランジスタとして好適なTFT10a、10e、10fのしきい値と、高電圧トランジスタとして好適なTFT10b、10c、10dのしきい値とを異ならせることができる。一方、低電圧トランジスタとして好適なTFT10a、10e、10fと、高電圧トランジスタとして好適なTFT10b、10c、10dとにおいて、チャネル領域の不純物濃度を同一とし、かつ最適ドーピング条件でチャネルドーピングを行う観点からは、チャネルドーピングは、上述のように、第一絶縁膜12の形成後、かつ第一絶縁膜12のパターニング前に行うことが好ましい。
When any of the
次に、図6(b)に示すように、TFT10c、10fのチャネル領域となる領域と、TFT10c、10f以外のTFTの半導体層(半導体層20a、20b、20d、20e)とをレジスト31aによりマスクした状態で、TFT10cの低濃度不純物領域22c及びソース・ドレイン領域23cとなる領域と、TFT10fの低濃度不純物領域22f及びソース・ドレイン領域23fとなる領域とに、リン(P)等の不純物元素をイオン注入法により50kV、2×1013〜5×1013cm−2の条件でドーピング(GOLD構造用低濃度ドーピング)する。また、このときの半導体層20cの低濃度不純物領域22c及びソース・ドレイン領域23cとなる領域と、半導体層20fの低濃度不純物領域22f及びソース・ドレイン領域23fとなる領域とにおける不純物元素の濃度は、5×1017〜5×1018cm−3程度とする。これにより、GOLD構造を有するTFT10c、10fにおいてLDD領域として機能する低濃度不純物領域22c及び低濃度不純物領域22fが形成される。その後、レジスト31aを除去する。このように、GOLD構造用低濃度ドーピングと、後述するLDD構造用低濃度ドーピングとを別々に行うことにより、低濃度不純物領域22c及び低濃度不純物領域22fを最適濃度に設定することができる。Next, as shown in FIG. 6B, the regions serving as the channel regions of the TFTs 10c and 10f and the semiconductor layers (
なお、GOLD構造用低濃度ドーピングは、第二絶縁膜形成後に行ってもよい。これにより、GOLD構造を有するTFT10cのLDD領域(低濃度不純物領域22c)の抵抗値と、GOLD構造を有するTFT10fのLDD領域(低濃度不純物領域22f)の抵抗値とを異ならせることができる。
Note that the low concentration doping for the GOLD structure may be performed after the second insulating film is formed. As a result, the resistance value of the LDD region (low
次に、図6(c)に示すように、レジスト31bをパターン形成した後、エッチングを行うことによって、第一絶縁膜12のパターニングを行う。これにより、TFT10a、10e、10fにおいて、半導体層20a、20e、20fの端部に重なる領域の第一絶縁膜12を残すとともに、チャネル領域21a、21e、21f、ソース・ドレイン領域23a、23e、23f及び低濃度不純物領域22e、22fとなる領域の第一絶縁膜12が除去される。また、TFT10b、10c、10dにおいて、半導体層20b、20c、20dの端部に重なる領域の第一絶縁膜12と、チャネル領域21b、21c、21d及び低濃度不純物領域22c、22dとなる領域の第一絶縁膜12とを残すとともに、ソース・ドレイン領域23b、23c、23dのコンタクト部24b、24c、24dとなる領域の第一絶縁膜12が除去される。また、フォソリソ工程によるレジスト31bのパターニング時に、フォトマスクのアライメントずれ及び/又はパターンの寸法ずれが発生した場合を考慮して、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの端部に重なる第一絶縁膜12の端部が、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの端部から0〜2μm(好ましくは0.5〜1μm)内側に位置するように、また、チャネル領域21bとなる領域上の第一絶縁膜12の端部が、ゲート電極14b(すなわち、チャネル領域21b)の端部から0〜2μm(好ましくは0.5〜1μm)外側に位置するように、第一絶縁膜12はパターニングされる。なお、第一絶縁膜12は、シングルドレイン構造、GOLD構造の場合にはゲート電極の端部から0〜2μm(好ましくは0.5〜1μm)外側に位置するように形成すればよく、LDD構造の場合には、ゲート電極の端部から0.5〜2μm(好ましくは1〜1.5μm)外側に位置するように形成すればよい。その後、レジスト31bを除去する。
Next, as shown in FIG. 6C, the first insulating
なお、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの端部に重なる領域の第一絶縁膜12は、図2で示したように、チャネル幅方向における各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの端部にだけ重なっていてもよい。
Note that the first insulating
次に、図6(d)に示すように、基板11上の全面に、膜厚10〜70nm(好ましくは30〜50nm)の第二絶縁膜13を形成する。第二絶縁膜13としては、プラズマCVD法又はスパッタ法によって形成されたシリコンを含む絶縁膜(例えばSiO2膜、SiN膜、SiNO膜)を用いることができる。なかでも、第二絶縁膜13としては、SiO2膜が好適である。また、第二絶縁膜13は、単層構造の他、複数の絶縁材料からなる絶縁膜が2層以上積層された構造であってもよい。この場合、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fに接する層をSiO2膜とすることが好ましい。このように各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fとSiO2膜とを順に積層することによって、第一絶縁膜12の場合と同様に、各TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fの電気的特性を向上することができる。Next, as shown in FIG. 6D, a second insulating
次に、膜厚200〜600nm(好ましくは300〜400nm)の導電膜をスパッタ法により形成した後、フォトリソ工程により導電膜を所望の形状にパターニングすることによって、図7(e)に示すように、ゲート電極14a、14b、14c、14d、14e、14fを形成する。このとき、ゲート電極14aは、チャネル領域21aとなる領域に対向して形成され、ゲート電極14bは、チャネル領域21bとなる領域に対向して形成され、ゲート電極14cは、チャネル領域21c及び低濃度不純物領域22cとなる領域に対向して形成され、ゲート電極14dは、チャネル領域21dとなる領域に対向して形成され、ゲート電極14eは、チャネル領域21eとなる領域に対向して形成され、ゲート電極14fは、チャネル領域21f及び低濃度不純物領域22fとなる領域に対向して形成される。各ゲート電極14a、14b、14c、14d、14e、14fの材料としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)等の高融点金属、又は、これら高融点金属を主成分とする合金材料若しくは化合物材料等が好適である。また、高融点金属を主成分とする化合物としては、窒化物が好適である。なお、各ゲート電極14a、14b、14c、14d、14e、14fは、これらの材料を用いて形成された導電膜が積層された構造であってもよい。
Next, after forming a conductive film having a film thickness of 200 to 600 nm (preferably 300 to 400 nm) by sputtering, the conductive film is patterned into a desired shape by a photolithography process, as shown in FIG.
続いて、各ゲート電極14a、14b、14c、14d、14e、14fをマスクとして各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fに自己整合的にリン(P)等の不純物をイオン注入法により70kV、1×1013〜3×1013cm−2の条件でドーピング(LDD構造用低濃度ドーピング)する。また、このときの半導体層20aのソース・ドレイン領域23aとなる領域と、半導体層20bのソース・ドレイン領域23bとなる領域と、半導体層20cのソース・ドレイン領域23cとなる領域と、半導体層20dの低濃度不純物領域22d及びソース・ドレイン領域23dとなる領域と、半導体層20eの低濃度不純物領域22e及びソース・ドレイン領域23eとなる領域と、半導体層20fのソース・ドレイン領域23fとなる領域とにおける不純物元素の濃度は、1×1017〜1×1018cm−3程度とする。これにより、LDD構造を有するTFT10d、10eにおいてLDD領域として機能する低濃度不純物領域22d及び低濃度不純物領域22eが形成される。Subsequently, an impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into each
次に、図7(f)に示すように、TFT10d、10eのLDD領域となる領域の半導体層20d、20eをレジスト31cによりマスクした状態で、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fにリン(P)等の不純物をイオン注入法により40kV、5×1015〜1×1016cm−2の条件でドーピング(ソース・ドレイン用高濃度ドーピング)する。また、このときの半導体層20aのソース・ドレイン領域23aとなる領域と、半導体層20bのソース・ドレイン領域23bとなる領域と、半導体層20cのソース・ドレイン領域23cとなる領域と、半導体層20dのソース・ドレイン領域23dとなる領域と、半導体層20eのソース・ドレイン領域23eとなる領域と、半導体層20fのソース・ドレイン領域23fとなる領域とにおける不純物元素の濃度は、1×1019〜1×1020cm−3程度とする。これにより、LDD領域として機能する低濃度不純物領域22c、22d、22e、22fが形成される。また、ソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域23a、23b、23c、23d、23e、23fが形成される。このとき、TFT10b、10c、10dについて、第一絶縁膜12及び第二絶縁膜13を介して不純物がドープされた領域は、上述のように、不純物のドーピング量が少ない低ドーズ領域となるが、この低ドーズ領域の抵抗値は、LDD領域として機能する低濃度不純物領域22cや低濃度不純物領域22dの抵抗値に比べて小さいため、この低ドーズ領域は、TFT10b、10c、10dの電流駆動力には影響を及ぼさない。Next, as shown in FIG. 7F, the
なお、TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fのいずれかをPチャネル型のTFTとする場合には、Pチャネル型となるTFTの半導体層をマスクした状態で、Nチャネル型となるTFTの半導体層のソース・ドレイン領域となる領域に対して高濃度ドーピングを行う工程と、Nチャネル型となるTFTの半導体層をマスクした状態で、Pチャネル型となるTFTのソース・ドレイン領域となる領域に対して高濃度ドーピングを行う工程とを行えばよい。
Note that when any of the
また、ここでは、各ソース・ドレイン領域23a、23b、23c、23d、23e、23fはそれぞれ、単極性の不純物しかドーピングされていないが、半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fとしてCGシリコン膜を形成した場合には、Ni等の触媒金属をゲッタリングするために、半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの端部又は半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fのコンタクト部24a、24b、24c、24d、24e、24f以外のTFT特性に影響を及ぼさない領域に逆極性の不純物をドーピングしてもよい。
Here, the source /
次に、基板11上の全面に、膜厚0.5〜1.5μm(好ましくは0.7〜1.0μm)の層間絶縁膜15を形成する。層間絶縁膜15としては、プラズマCVD法又はスパッタ法によって形成されたシリコンを含む絶縁膜(例えばSiO2膜、SiN膜、SiNO膜)を用いることができる。なお、層間絶縁膜15は、絶縁膜の単層構造の他、絶縁膜が2層以上積層された構造であってもよい。なかでも、層間絶縁膜15としては、基板11側から膜厚0.2〜0.4μmの水素を含有する窒化シリコン(SiN:H)膜と、膜厚0.4〜0.6μmのSiO2膜とが積層された積層膜が好適である。この後、基板11全体を400〜450℃で0.5〜1時間程度に加熱することによって各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの水素化及び活性化を行う。このとき、窒化シリコン膜に含まれる水素は、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20f中に拡散し、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20f中のダングリングボンドを終端する。このように、水素を含有する窒化シリコン膜を用いることによって、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの水素化を効果的に行うことができる。そして、フォトリソ工程により、図7(g)に示すように、各ソース・ドレイン領域23a、23b、23c、23d、23e、23fと、各ゲート電極14a、14b、14c、14d、14e、14fとに対応して層間絶縁膜15及び第二絶縁膜13にコンタクトホールを形成する。Next, an
なお、各半導体層20a、20b、20c、20d、20e、20fの水素化及び活性化工程は、コンタクトホール形成後に行ってもよい。
In addition, the hydrogenation and activation process of each
最後に、膜厚400〜1000nm(好ましくは600〜800nm)の導電膜をスパッタ法により形成した後、フォトリソ工程により導電膜を所望の形状にパターニングすることによって、図7(h)に示すように、各配線16a、17a、16b、17b、16c、17c、16d、17d、16e、17e、16f、17fを形成する。これにより、本実施形態の半導体装置を完成することができる。なお、各配線16a、17a、16b、17b、16c、17c、16d、17d、16e、17e、16f、17fの材料としては、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の低抵抗金属、又は、これら低抵抗金属を主成分とする合金材料若しくは化合物材料等が好適である。また、各配線16a、17a、16b、17b、16c、17c、16d、17d、16e、17e、16f、17fは、これらの材料を用いて形成された導電膜が積層された構造であってもよい。
Finally, after a conductive film having a film thickness of 400 to 1000 nm (preferably 600 to 800 nm) is formed by sputtering, the conductive film is patterned into a desired shape by a photolithography process, as shown in FIG. The
なお、各配線16a、17a、16b、17b、16c、17c、16d、17d、16e、17e、16f、17fの形成後に、必要に応じて、多層配線構造を形成したり、樹脂膜及び/又はシリコン窒化膜により保護膜を形成したりしてもよい。
In addition, after the formation of each
以上説明したように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、性能及び信頼性に優れた各TFT10a、10b、10c、10d、10e、10fを同一基板11上に有する半導体装置を製造することができる。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a semiconductor device having the
以下に、本実施形態の別の半導体装置の製造方法について説明する。
図9(a)〜(e)及び図10(f)〜(j)は、製造工程中における実施形態1の半導体装置の変形例の構成を示す断面模式図である。Hereinafter, another method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.
FIGS. 9A to 9E and FIGS. 10F to 10J are schematic cross-sectional views illustrating configurations of modified examples of the semiconductor device of the first embodiment during the manufacturing process.
ここでは、図10(j)に示すように、上述のTFT10dと同様の構成を有するTFT10d/n及びTFT10d/pについて説明する。ただし、TFT10d/nは、Nチャネル型であり、TFT10d/pは、Pチャネル型である。
Here, as shown in FIG. 10J, a
まず、図9(a)に示すように、上述の方法と同様に、基板11の一方の主面上に、膜厚30〜100nm(好ましくは40〜50nm)の島状の半導体層(活性層)20d/n及び半導体層(活性層)20d/pを形成する。 First, as shown in FIG. 9A, in the same manner as described above, an island-shaped semiconductor layer (active layer) having a film thickness of 30 to 100 nm (preferably 40 to 50 nm) is formed on one main surface of the substrate 11. ) 20 d / n and a semiconductor layer (active layer) 20 d / p are formed.
次に、上述の方法と同様に、膜厚10〜70nm(好ましくは30〜50nm)の第一絶縁膜12を形成する。
Next, the first insulating
次に、各TFT10d/n、10d/pのしきい値電圧を制御する目的で各半導体層20d/n、20d/pの全面にボロン(B)等の不純物元素をイオン注入法によりドーピング(チャネルドーピング)する。より詳細には、半導体層20d/n、20d/pに対して50kV、5×1012〜3×1013cm−2の条件でドーピングを行った後、半導体層20d/pをマスクした状態で、半導体層20d/nに対して50kV、5×1012〜3×1013cm−2の条件でドーピングを行う。また、このときの半導体層20d/n中の不純物元素の濃度は、2×1016〜2×1017cm−3程度とし、半導体層20d/p中の不純物元素の濃度は、1×1016〜1×1017cm−3程度とする。Next, for the purpose of controlling the threshold voltages of the
なお、上述のチャネルドーピングは、半導体層20d/nに対してのみ行ってもよいし、半導体層20d/n及び半導体層20d/pに対して行ってもよい。また、各半導体層20d/n、20d/pにおいてそれぞれ所望のしきい値電圧を得るために、半導体層20d/n、20d/p毎に適宜ドーピングを行うことによって、半導体層20d/n、20d/pにおける不純物元素の濃度を異ならしてもよい。更に、基板11上にTFT10d/n、10d/pに加えて低電圧トランジスタを形成する場合には、上述のチャネルドーピングは、第二絶縁膜13の形成後に行ってもよい。これにより、高電圧トランジスタとして好適なTFT10d/n、10d/pのしきい値と、低電圧トランジスタのしきい値とを異ならせることができる。一方、低電圧トランジスタと、高電圧トランジスタとして好適なTFT10d/n、10d/pとにおいて、チャネル領域の不純物濃度を同一とし、かつ最適ドーピング条件でチャネルドーピングを行う観点からは、チャネルドーピングは、上述のように、第一絶縁膜12の形成後、かつ第一絶縁膜12のパターニング前に行うことが好ましい。
Note that the above-described channel doping may be performed only on the
次に、図9(b)に示すように、GOLD構造を有するTFTのLDD領域を形成するために、半導体層20d/n、20d/pをレジスト31dによりマスクした状態で、GOLD構造を有するTFTの半導体層にリン(P)等の不純物元素をイオン注入法により50kV、2×1013〜5×1013cm−2の条件でドーピング(GOLD構造用低濃度ドーピング)する。また、このときのGOLD構造を有するTFTの半導体層における低濃度不純物領域及びソース・ドレイン領域となる領域中の不純物元素の濃度は、5×1017〜5×1018cm−3程度とする。その後、レジスト31aを除去する。Next, as shown in FIG. 9B, in order to form the LDD region of the TFT having the GOLD structure, the TFT having the GOLD structure in a state where the semiconductor layers 20d / n and 20d / p are masked by the resist 31d. The semiconductor layer is doped with an impurity element such as phosphorus (P) under the conditions of 50 kV and 2 × 10 13 to 5 × 10 13 cm −2 by ion implantation (low concentration doping for GOLD structure). At this time, the concentration of the impurity element in the low concentration impurity region and the source / drain region in the semiconductor layer of the TFT having the GOLD structure is about 5 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 . Thereafter, the resist 31a is removed.
なお、GOLD構造用低濃度ドーピングは、第二絶縁膜形成後に行ってもよい。これにより、GOLD構造を有する高電圧トランジスタのLDD領域の抵抗値と、GOLD構造を有する低電圧トランジスタのLDD領域の抵抗値とを異ならせることができる。また、基板11上にGOLD構造を有するTFTを形成しない場合には、この工程は省略すればよい。
Note that the low concentration doping for the GOLD structure may be performed after the second insulating film is formed. As a result, the resistance value of the LDD region of the high voltage transistor having the GOLD structure can be made different from the resistance value of the LDD region of the low voltage transistor having the GOLD structure. In the case where a TFT having a GOLD structure is not formed on the
次に、図9(c)に示すように、上述のTFT10dの場合と同様に、レジスト31eをパターン形成した後、エッチングを行うことによって、第一絶縁膜12のパターニングを行う。その後、レジスト31eを除去する。
Next, as shown in FIG. 9C, similarly to the case of the
次に、図9(d)に示すように、上述の方法と同様に、膜厚10〜70nm(好ましくは30〜50nm)の第二絶縁膜13を形成する。
Next, as shown in FIG. 9D, the second insulating
次に、上述の方法と同様に、膜厚200〜600nm(好ましくは300〜400nm)の導電膜をスパッタ法により形成した後、フォトリソ工程により導電膜を所望の形状にパターニングすることによって、図9(e)に示すように、ゲート電極14d/n、14d/pを形成する。このとき、ゲート電極14d/pは、チャネル領域21d/pとなる領域に対向して形成され、ゲート電極14d/nは、チャネル領域21d/nとなる領域に対向して形成される。
Next, similarly to the above-described method, a conductive film having a film thickness of 200 to 600 nm (preferably 300 to 400 nm) is formed by a sputtering method, and then the conductive film is patterned into a desired shape by a photolithography process, whereby FIG. As shown in (e),
続いて、各ゲート電極14d/n、14d/pをマスクとして各半導体層20d/n、14d/pに自己整合的にリン(P)等の不純物をイオン注入法により70kV、1×1013〜3×1013cm−2の条件でドーピング(第一のLDD構造用低濃度ドーピング)する。また、このときの半導体層20d/nの低濃度不純物領域22d/n及びソース・ドレイン領域23d/nとなる領域における不純物元素の濃度は、1×1017〜1×1018cm−3程度とする。これにより、TFT10d/nにおいてLDD領域として機能する低濃度不純物領域22d/nが形成される。なお、このとき、半導体層20d/pの低濃度不純物領域22d/p及びソース・ドレイン領域23d/pとなる領域も同様にドーピングされる。Subsequently, using the
次に、図10(f)に示すように、半導体層20d/nをレジスト31fによりマスクした状態で、半導体層20d/pにボロン(B)等の不純物をイオン注入法によりドーピング(第二のLDD構造用低濃度ドーピング)する。この第二のLDD構造用低濃度ドーピングでは、先の第一のLDD構造用低濃度ドーピングにおいてドーピングされた不純物(リン)を打ち消す必要がある。したがって、第二のLDD構造用低濃度ドーピングでは、第一のLDD構造用低濃度ドーピングにおける不純物の2倍程度の濃度で不純物(ボロン)をドーピングする。より具体的には、第二のLDD構造用低濃度ドーピングは、50kV、2×1013〜6×1013cm−2の条件で行われる。また、このときの半導体層20d/pの低濃度不純物領域22d/p及びソース・ドレイン領域23d/pとなる領域における不純物元素の濃度は、1×1017〜1×1018cm−3程度とする。これにより、TFT10d/pにおいてLDD領域として機能する低濃度不純物領域22d/pが形成される。その後、レジスト31fを除去する。Next, as shown in FIG. 10F, in a state where the
なお、ここでは、TFT10d/nのLDD領域の形成を先に行ったが、TFT10d/pのLDD領域の形成を先に行ってもよい。
Here, the LDD region of the
次に、図10(g)に示すように、TFT10d/pと、TFT10d/nのLDD領域となる領域の半導体層20d/nとをレジスト31gによりマスクした状態で、半導体層20d/nにリン(P)等の不純物をイオン注入法により40kV、5×1015〜1×1016cm−2の条件でドーピング(第一のソース・ドレイン用高濃度ドーピング)する。また、このときの半導体層20d/nのソース・ドレイン領域23d/nとなる領域における不純物元素の濃度は、1×1019〜1×1020cm−3程度とする。これにより、LDD領域として機能する低濃度不純物領域22d/nが形成される。また、ソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域23d/nが形成される。その後、レジスト31gを除去する。Next, as shown in FIG. 10 (g), the
次に、図10(h)に示すように、TFT10d/nと、TFT10d/pのLDD領域となる領域の半導体層20d/pとをレジスト31hによりマスクした状態で、半導体層20d/pにボロン(B)等の不純物をイオン注入法により40kV、5×1015〜1×1016cm−2の条件でドーピング(第二のソース・ドレイン用高濃度ドーピング)する。また、このときの半導体層20d/pのソース・ドレイン領域23d/pとなる領域における不純物元素の濃度は、1×1019〜1×1020cm−3程度とする。これにより、LDD領域として機能する低濃度不純物領域22d/pが形成される。また、ソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域23d/pが形成される。その後、レジスト31hを除去する。Next, as shown in FIG. 10 (h), in the state where the
なお、ここでは、TFT10d/nのソース・ドレイン領域23d/nの形成を先に行ったが、TFT10d/pのソース・ドレイン領域23d/pの形成を先に行ってもよい。
Here, the source /
また、ここでは、各ソース・ドレイン領域23d/p、23d/nはそれぞれ、単極性の不純物しかドーピングされていないが、半導体層20d/p、20d/nとしてCGシリコン膜を形成した場合には、Ni等の触媒金属をゲッタリングするために、半導体層20d/p、20d/nの端部又は半導体層20d/p、20d/nのコンタクト部24d/p、24d/n以外のTFT特性に影響を及ぼさない領域に逆極性の不純物をドーピングしてもよい。
Here, the source /
次に、上述の方法と同様に、膜厚0.5〜1.5μm(好ましくは0.7〜1.0μm)の層間絶縁膜15を形成する。この後、上述の方法と同様に、各半導体層20d/p、20d/nの水素化及び活性化を行う。そして、フォトリソ工程により、図10(i)に示すように、各ソース・ドレイン領域23d/p、23d/nと、各ゲート電極14d/p、14d/nとに対応して層間絶縁膜15及び第二絶縁膜13にコンタクトホールを形成する。
Next, in the same manner as described above, an
なお、各半導体層20d/p、20d/nの水素化及び活性化工程は、コンタクトホール形成後に行ってもよい。 Note that the hydrogenation and activation processes of the semiconductor layers 20d / p and 20d / n may be performed after the contact holes are formed.
最後に、上述の方法と同様に、膜厚400〜1000nm(好ましくは600〜800nm)の導電膜をスパッタ法により形成した後、フォトリソ工程により導電膜を所望の形状にパターニングすることによって、図10(j)に示すように、各配線16d/p、17d/p、16d/n、17d/nを形成する。これにより、TFT10d/p、10d/nを有する本実施形態の半導体装置を完成することができる。
Finally, similarly to the above-described method, a conductive film having a film thickness of 400 to 1000 nm (preferably 600 to 800 nm) is formed by a sputtering method, and then the conductive film is patterned into a desired shape by a photolithography process, whereby FIG. As shown in (j),
なお、各配線16d/p、17d/p、16d/n、17d/nの形成後に、必要に応じて、多層配線構造を形成したり、樹脂膜及び/又はシリコン窒化膜により保護膜を形成したりしてもよい。
In addition, after forming each
以上説明したように、この製造方法よれば、性能及び信頼性に優れ、かつ導電型が異なる各TFT10d/p、10d/nを同一基板11上に有する半導体装置を製造することができる。
As described above, according to this manufacturing method, it is possible to manufacture a semiconductor device having the
本願は、2007年5月21日に出願された日本国特許出願2007−134465号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。 This application claims priority based on the Paris Convention or the laws and regulations in the country of transition based on Japanese Patent Application No. 2007-134465 filed on May 21, 2007. The contents of the application are hereby incorporated by reference in their entirety.
10a〜10f、10d/p、10d/n、110a、110b:薄膜トランジスタ(TFT)
11、111:基板
12、112:第一絶縁膜
13、113:第二絶縁膜
14a〜14f、14d/p、14d/n、114a、114b:ゲート電極
15、115:層間絶縁膜
16a〜16f、17a〜17、16d/p、16d/n、17d/p、17d/n、116a、116b、117a、117b:配線
20a〜20f、20d/p、20d/n、120a、120b:半導体層
21a〜21f、21d/p、21d/n、121a、121b:チャネル領域
22c〜22f、22d/p、22d/n:低濃度不純物領域
23a〜23f、23d/p、23d/n、123a、123b:ソース・ドレイン領域(高濃度不純物領域)
24a〜24f:コンタクト部
25a、25b:最適不純物濃度領域
26b:低ドーズ領域
31a〜31h:レジスト10a to 10f, 10d / p, 10d / n, 110a, 110b: thin film transistor (TFT)
11, 111:
24a to 24f:
Claims (6)
該半導体層は、第一半導体層及び第二半導体層を有し、
該第一半導体層は、第一チャネル領域と、配線に接触する第一コンタクト部を含む第一ソース・ドレイン領域と、第一ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が低い第一低濃度不純物領域とを有し、
該第二半導体層は、第二チャネル領域と、配線に接触する第二コンタクト部を含む第二ソース・ドレイン領域と、第二ソース・ドレイン領域よりも不純物の濃度が低い第二低濃度不純物領域とを有し、
該絶縁膜は、基板側からこの順に積層された第一絶縁膜及び第二絶縁膜を有し、
該半導体装置は、少なくとも第一チャネル領域に対向して第二絶縁膜上に形成された第一ゲート電極と、少なくとも第二チャネル領域に対向して第二絶縁膜上に形成された第二ゲート電極とを更に備え、
該製造方法は、第一及び第二半導体層を覆うように第一絶縁膜を形成することと、
該第一絶縁膜をパターニングすることと、
該第一絶縁膜をパターニングした後に、第一及び第二半導体層を覆うように第二絶縁膜を形成することと、
該第二絶縁膜を形成した後に第一及び第二ゲート電極を形成することと、
該第一絶縁膜を形成した後に不純物をドーピングして、第一及び第二低濃度不純物領域を形成することと、
該ゲート電極を形成した後に不純物をドーピングして、第一及び第二ソース・ドレイン領域としてそれぞれ機能する第一及び第二高濃度不純物領域を形成することと、
該第一及び第二高濃度不純物領域を形成した後に、第二絶縁膜にコンタクトホールを形成することとを含み、
該第一絶縁膜は、第二チャネル領域と、第二低濃度不純物領域と、第一半導体層の端部の第一ゲート電極に対向する領域と、第二半導体層の端部の第二ゲート電極に対向する領域とを含み、かつ第一チャネル領域と、第一低濃度不純物領域と、第一コンタクト部と、第一チャネル領域及び第一コンタクト部の間の領域と、第二コンタクト部とを除く領域上にパターニングされ、
該第一絶縁膜の端部のうち第二低濃度不純物領域に隣接した部分は、第二低濃度不純物領域の端部の外側に位置することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a structure in which a semiconductor layer, an insulating film, and a wiring are stacked in this order from the substrate side on one main surface side of the substrate,
The semiconductor layer has a first semiconductor layer and a second semiconductor layer,
The first semiconductor layer includes a first channel region, a first source / drain region including a first contact portion in contact with the wiring, and a first low-concentration impurity region having a lower impurity concentration than the first source / drain region. And
The second semiconductor layer includes a second channel region, a second source / drain region including a second contact portion in contact with the wiring, and a second low-concentration impurity region having a lower impurity concentration than the second source / drain region. And
The insulating film has a first insulating film and a second insulating film laminated in this order from the substrate side,
The semiconductor device includes a first gate electrode formed on the second insulating film facing at least the first channel region, and a second gate formed on the second insulating film facing at least the second channel region. An electrode,
The manufacturing method includes forming a first insulating film so as to cover the first and second semiconductor layers;
Patterning the first insulating film;
After patterning the first insulating film, forming a second insulating film so as to cover the first and second semiconductor layers;
Forming the first and second gate electrodes after forming the second insulating film;
Doping the impurities after forming the first insulating film to form first and second low-concentration impurity regions;
Doping the impurities after forming the gate electrode to form first and second high-concentration impurity regions that function as first and second source / drain regions, respectively;
Forming a contact hole in the second insulating film after forming the first and second high-concentration impurity regions,
The first insulating film includes a second channel region , a second low-concentration impurity region, a region facing the first gate electrode at the end of the first semiconductor layer, and a second gate at the end of the second semiconductor layer. A first channel region , a first low-concentration impurity region, a first contact portion, a region between the first channel region and the first contact portion, and a second contact portion . Is patterned on the area excluding
A portion of the end portion of the first insulating film adjacent to the second low-concentration impurity region is located outside the end portion of the second low-concentration impurity region .
前記第一低濃度不純物領域は、第二絶縁膜越しにドーピングされ、The first low-concentration impurity region is doped through the second insulating film;
前記第二低濃度不純物領域は、第一及び第二絶縁膜越しにドーピングされることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second low-concentration impurity region is doped through the first and second insulating films.
前記第一及び第二低濃度不純物領域は、第一及び第二チャネル領域をレジストによりマスクした状態で、不純物のドーピングを行うことによって形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second low-concentration impurity regions are formed by doping impurities in a state where the first and second channel regions are masked with a resist. Production method.
前記第一及び第二低濃度不純物領域は、第一絶縁膜越しにドーピングされることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the first and second low-concentration impurity regions are doped through the first insulating film.
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